Становление теории механизмов и машин как науки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ЮЖНО-КАЗАХСТАНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.АУЭЗОВА

Факультет Механика и нефтегазовое дело

Кафедра Механика и машиностроение

Пояснительная записка

К курсовому проекту

На тему: По дисциплине теория механизмов и машин

Выполнил: Абдраманов Т.Е. Группа: ММГ-21-2Р

Руководитель Мырзалиев Дархан Сапарбай?лы.

Шымкент - 2022 г



Проект защищен с оценкой _______________________ (оценка, дата) «_____» _________________ 2022г. Нормоконтроль ______________________________________ (должность, должность, ф.и.о., подпись) Комиссия ______________________________________ (должность, должность, ф.и.о., подпись) ______________________________________ (должность, должность, ф.и.о., подпись)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ЮЖНО-КАЗАХСТАНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.АУЭЗОВА

Кафедра Механика и машиностроение

	Утверждаю
	Зав.кафедрой
	______________ Мырзалиев Д.С.
	«_12_»____09_____2022г.

Задание № 11

на выполнение курсовой проект по дисциплине

Теория механизмов и машин

Студент: Абдраманов Т.Е Группа: ММГ-21-2Р

Тема работы (проекта): __________________________________

Исходные данные:



,

№	Содержание курсовой работы/содержание пояснительной записки проекта	Примерное кол-во страниц по разделам	Сроки выполнения
	Введение	1-2
1	Структурный анализ механизма	2-3
2	Кинематический анализ рычажного механизма	2-4
3	Построение плана 12 положений механизма	4-9
4	Построение планов скоростей для 12-ти положений механизма	3-4
5	Построение плана ускорений для _____-го и _____-го положений	2-3
6	Построение кинематических диаграм	2-5
7	Проверочный расчет результатов исследования	2-5
8	Синтез кулачкового механизма	1-2
9	Структурный анализ кулачкового механизма	2-3
10	Построение кинематических диаграмм	1-2
11	Определение минимального радиуса кулачка	2-3
	Заключение.	1-2
№	Содержание графической части	Сроки выполнения	Кол-во листов	Формат
1	Кинематический анализ механизма		1	А1
2	Синтез кулачкового механизма		1	А1



Рекомендуемая литература

1. Кореняко.Ф.С., Крементштейн Л.И., Петровский С.Д., Овсиенко Г.М., Баханов В.Е., Емец П.М.-«Курсовое проектирование по теории механизмов и машин».-2011 г. 330 с.

2. Абдрашев С.Ж., Мырзалиев Д.С. «Методическое указание для выполнения лабораторных работ по дисциплине теория механизмов и машин», 2012г.

3. Артоболевский И.И. «Теория механизмов и машин»: Учеб. для вузов.-4-е изд., перераб. И доп. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 2013 - 640 с.

4. Смелягин А.И. Теория механизмов и машин: Курсовое проектирование: учебное пособие. - М.: ИНФРА-М, 2013.-263с.

5. Смелягин А.И. структура механизмов и машин: Учебное пособие для вузов/ А.И. Смелягин.-М.: Высшая школа, 2016. - 304с.

Дата выдачи задания ________________________________________________

Дата защиты работы (проекта)________________________________________

Руководитель работы (проекта) _____________________________________ (должность, подпись, Ф.И.О.)

Задание принял к исполнению______________ __________________



Аннотация

Курсовой проект на тему __________________________________ был разработан студентом группы __________________________________ руководством к. и. н., доцента Мырзалиева Дархана Сапарбаевича.

Курсовой проект состоит из _____________________ основных разделов. Это: структурный анализ механизма, кинематический анализ и синтез кулачкового механизма.

В разделе «Введение» проекта изложена область изучения теории машин и механизмов, цель исследования, методы исследования, цель курсового проекта.

В следующих разделах определены структурный анализ механизма, кинематический анализ механизма, построение кинематических диаграмм, синтез кулачкового механизма.

Курсовой проект состоит из ______________ страниц, _________ рисунков, ____________________ Формул, ________________ таблицы.

В разделе «Заключение» рассказывается о том, какими методами изучались механизмы __________________________________. И курсовой проект состоит из двух чертежных работ формата А1. В 1-м формате А1 по расчетным значениям вычерчиваются 12-положений план механизма, план скоростей, план ускорений, диаграммы перемещений, скорости и ускорения.

А во 2-м формате А1 построены кинематические диаграммы кулачкового механизма, определен минимальный радиус и нарисован синтез кулачкового механизма.



Содержание

Введение

1. Сведения о Долбёжном станке

1.1 Структурный анализ рычажного механизма

2. Кинематический анализ рычажного механизма

2.1 Построение плана 12 положений

2.2 Построение планов скоростей для 12-ти положений механизма

2.3 Построение плана ускорений для 2-го и 9-го положений

2.4 Построение кинематических диаграмм

3. Синтез кулачкового механизма

3.1 Структурный анализ кулачкового механизма

3.2 Построение кинематических диаграмм

3.3 Определение минимального радиуса кулачка

3.4 Профилирование кулачка

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Теорию механизмов и машин (ТММ)-- наука, изучающая общие законы и принципы построения машин, позволяющая выполнить первый этап проектирования конструкций, сооружений, систем машин и механизмов на основе разработанных ею методов. В ТММ изучаются свойства отдельных типовых механизмов, широко применяемых в самых различных машинах, приборах и устройствах. При этом анализ и синтез механизмов осуществляется независимо от его конкретного назначения, т.е. однотипные механизмы (рычажные, кулачковые, зубчатые и др.) исследуются одними и теми же приемами для двигателей, насосов, компрессоров и других типов машин. В основе ТММ -- методы математического анализа, векторной и линейной алгебры, дифференциальной геометрии и других разделов математики, теоремы и положения теоретической механики.

Решая задачи геометро-кинематического и динамического синтеза механических систем, ТММ является основой курсов «Детали машин», «Детали приборов» и других спецкурсов по проектированию и расчету механизмов и машин (специального назначения). В этих дисциплинах широко используются общие методы, разработанные ТММ в приложении к конкретным механизмам. Сейчас, как и прежде, перед учеными, инженерами и консрукторами стоят задачи дальнейшего совершенствования всех видов современной техники, и в первую очередь создание новых высокопроизводительных машин и систем машин, освобождающих человека от трудоемких и утомительных процессов.

Становление теории механизмов и машин как науки относится к XVIII в., когда рассматривались кинематика и динамика различных машинных устройств, использовавшие теоремы и постулаты теоретической механики для изучения законов движения этих устройств и создания основ их проектирования. Существенный вклад в развитие теории машин и механизмов внесли русские ученые П. Л. Чебышев, И. А. Вышнеградский, Н. П. Петров, Н. Е. Жуковский. Л. В. Ассур, В. П. Горячкин, И. И. Артоболевский, А. А. Благонравов, а также ученые старейшей кафедры технических вузов страны -- теории механизмов и машин, созданной в Императорском Московском техническом училище -- ИМТУ в 1873 г. Среди них первый заведующий кафедрой профессор Ф. Е. Орлов, уделявший много внимания изучению вопросов трения, динамики машин и, главное, разработке основных принципов, которыми необходимо было руководствоваться при проектировании машин того времени. Он был автором первого курса прикладной механики, который пользовался широкой популярностью и систематически переиздавался.

Много внимания совершенствованию методов анализа и синтеза механизмов уделял Д. С. Зернов, возглавлявший нашу кафедру с 1892 по 1899 г. Решение многих сложных задач синтеза механизмов, основ динамики, вопросов гидродинамической теории смазки связано с именем выдающегося педагога и новатора профессора Н. И. Мерцалова, заведовавшего кафедрой с 1899 по 1929 г. Многими методами, разработанными профессором Л. П. Смирновым (возглавлял кафедру с 1929 по 1949 г.), мы пользуемся и до сих пор. Им же были разработаны методы экспериментальных исследований, создано оборудование для проведения лабораторных работ. Широкую известность в мире получили труды и изобретения профессора Л. Н. Решетова, заведовавшего кафедрой с 1951 по 1962 г. Он внес большой вклад в развитие зубчатых передач, кулачковых механизмов, вопросов уравновешивания. Он основатель нового направления в ТММ -- рационального проектирования механизмов. Большой вклад в развитие науки о механизмах внес профессор В. А. Гавриленко, заведовавший кафедрой с 1962 по 1977 г. Его теория открыла путь к решению динамических и прочностных задач в области зубчатых передач. Ему и его ученикам удалось внедрить в производство новые пространственные передачи, планетарные, кривошипно-планетарные и волновые зубчатые передачи.

Продолжателем традиций научной и педагогической школы теории механизмов и машин МВТУ им. Н. Э. Баумана и России стал К. В. Фролов. В 1978 г., будучи уже директором института машиноведения имениА. А. Благонравова, К. В. Фролов по совместительству возглавил кафедру «Теории механизмов и машин» и бессменно руководил ею до 2007 г. С приходом К. В. Фролова читаемый в МВТУ курс «Теория механизмов и машин» пополнился сведениями о трибологии, проектировании манипуляторов промышленных роботов, расчетах пространственных механизмов, виброактивности и виброзащите.

Расширилась тематика курсовых проектов. На кафедре был создан компьютерный класс для студентов, разработана система автоматизированных расчетов для курсового проектирования (САРКП МГТУ). Преподаватели кафедры совместно с РНПО «Росучприбор» создали экспериментальную учебную лабораторию по теории механизмов и механике машин и программное обеспечение для проведения цикла новых лабораторных работ. Кафедра ТММ, руководимая К. В. Фроловым все эти годы вела не только большую методическую, но и систематическую научно-издательскую работу. Усилиями преподавателей кафедры подготовлены и созданы учебники «Теория механизмов и машин» (1987 г.) и «Теория механизмов и механика машин», неоднократно переизданные (в 1998, 2001, 2002, 2004 и 2009 гг.) в издательствах «Высшая школа» и МГТУ им. Н. Э. Баумана. В издательстве «Высшая школа» выпущены пять изданий (1996, 1998, 2001, 2004 и 2008 г.г.) учебного пособия «Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин» под редакцией К. В. Фролова, а в 1989 г. -- оригинальное трехтомное учебное пособие «Механика промышленных роботов» под редакцией К. В. Фролова и Е. И. Воробьева. Научная деятельность К. В. Фролова получила заслуженное признание в сообществе отечественных и зарубежных ученых. В 1976 г. Константин Васильевич избирается членом-корреспондентом, а в 1984 г. -- действительным членом АН СССР. С 1985 по 1996 г., являясь вице-президентом Академии наук, он как академик-секретарь, возглавлял новое отделение проблем машиностроения, механики и процессов управления.

Под руководством К. В. Фролова институт машиноведения РАН стал настоящим центром научной и технической мысли в области машиностроения. Им решались актуальные проблемы динамики машин, теории вибрации машин и вибротехнологий, выполнялись фундаментальные работы в области биомеханики. Применительно к системе «человек -- машина -- среда» разработаны научные основы нормирования вибрационных и шумовых воздействий на человека-оператора. Полученные им и при его руководстве научные результаты широко используются при создании образцов специальной техники в атомном и ракетно-космическом машиностроении, авиации и судостроении.

Академик К. В. Фролов являлся главным редактором 40-томного издания «Энциклопедия машиностроения», главным редактором журналов «Проблемы машиностроения и надежности машин» РАН, «Машиностроение и инженерное образование» и международного журнала «Проблемы машиностроения и автоматизации». Под научным руководством К. В. Фролова защищено девять докторских и 18 кандидатских диссертаций, он автор более 400 научных работ, в том числе 12 монографий. Академик К. В. Фролов многие годы активно участвовал в широком распространении научных знаний в качестве председателя правления международной научно-просвети- тельной ассоциации «Знание». Деятельность академика К. В. Фролова получила должное международное признание, он был членом ряда зарубежных академий и награжден престижными научными медалями и премиями.

Как бы мы ни называли наш технический век -- веком космоса или автоматики, атомным веком или веком электроники, -- основой технического прогресса всегда было и остается машиностроение. От уровня развития машиностроения, от степени совершенствования машин в значительной степени зависят производительность общественного труда и благосостояние нашего народа. ТММ как наука дает общие методы построения наиболее совершенных, высокоэкономичных и надежных машин. Изучая ТММ, вы получите не только конкретные знания, но и определенные навыки и умения.



1. Сведения о Долбёжном станке

Вибрационные грохоты широко используют в горнорудной промышленности для разделения материалов на классы перед дроблением, промывки материала перед обогащением в тяжелых средах и последующей отмывки суспензий, обезвоживания продуктов обогащения. Для аналогичных целей вибрационное грохочение используют в горно-химической, угольной промышленности и при производстве строительных материалов. В последних двух случаях вибрационные грохоты применяют для разделения готового продукта (угля, щебня, гравийно-песчаных масс) на кондиционные товарные классы перед отправкой потребителям. В металлургической промышленности на вибрационных грохотах удаляют некондиционную по крупности мелочь из сырых окатышей, после обжига которых эту операцию повторяют. Аналогичную операцию выполняют и с агломератом после спекания - сначала горячим, а затем - охлажденным. Перед доменной плавкой контрольному грохочению для удаления мелочи подвергают все сырьевые материалы, загружаемые в печь.

Сравнительно недавно вибрационное грохочение начали применять при подготовке тонкоизмельченного сырья к последующему прессованию и спеканию в абразивном, огнеупорном, керамическом, электродном и других производствах, базирующихся на порошковой технологии. Кроме того, в последнее время с помощью вибрационного грохочения проводят разделение тонкоизмельченной твердой фазы рудных пульп перед обогатительными операциями.

На вибрационных грохотах материал разделяется по крупности (или обезвоживается) в процессе вибрационного перемещения по просеивающей поверхности. Это является характерным, но не основным признаком вибрационного грохота, поскольку такое перемещение реализуется в целой группе грохотов, которую принято называть плоскими подвижными грохотами с колебательным движением просеивающей поверхности.

Класс вибрационных грохотов выделяется из названной группы типом привода или, более строго, способом возбуждения колебаний. Таким образом, вибрационный грохот - это грохот с вибрационным приводом, который в отличие от жесткого кинематического привода называют динамическим (или силовым). Принципиальная особенность вибрационного грохота состоит в том, что характер колебательного движения, амплитуда и форма траекторий грохота определяются исключительно динамическими факторами - силовым воздействием, генерируемым приводом (вынуждающей силой), числом и массой движущихся элементов, а также числом, расположением и характеристиками упругих элементов.

Вибрационный (или динамический) привод называют вибровозбудителем. В подавляющем большинстве конструкций грохотов используют центробежные (дебалансные) вибровозбудители с вращающейся неуравновешенной массой (инерционным элементом), гораздо реже - электромагнитные. Одновальный дебалансный статически неуравновешенный вибровозбудитель (рисунок 1, а) имеет дебаланс I, центр массы которого расположен в точке Ст. Он жестко связан с валом II, вращающимся вокруг оси О в подшипниках, соединенных с корпусом (рисунок 1, б). Статический момент массы вибровозбудителя равен произведению те, где т - масса дебаланса;

е - эксцентриситет массы дебаланса. При вращении вибровозбудителя с угловой скоростью w развивается центробежная вынуждающая сила F = теw2, которая передается на корпус 2 через подшипники. Таким образом, вынуждающая сила F представляет собой вектор постоянного модуля, вращающийся с угловой скоростью w.

В электромагнитных вибровозбудителях (рисунок 1, б) силы, вынуждающие колебания, создаются в результате воздействия переменного во времени магнитного поля на ферромагнитные тела.



а) центробежного (дебалансного); б) электромагнитного

Рисунок 1 - Схемы вибровозбудителей колебаний

При протекании по обмотке сердечника переменного тока в нем наводится магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями. Возникающие между торцевыми сечениями сердечника 1 и якорем 2поверхностные силы изменяются во времени и возбуждают колебания якоря и связанного с ним тела 3. Электромагнитный вибровозбудитель генерирует вынуждающую силу направленного (прямолинейного) действия. Независимо от способа возбуждения колебаний вибрационный грохот имеет ряд основных узлов (рисунок 2).

1 - короб; 2 - просеивающая поверхность; 3 - вибровозбудитель; 4 - приводное устройство; 5 - упругие виброизолирующие элементы; 6 - опорная рама

Рисунок 2 - Схема вибрационного грохота:



На рисунке 2 для примера показан грохот с дебалансным вибровозбудителем 3, приводимым во вращение от электродвигателя 4 через клиноременную передачу. Грохот через упругие элементы 5 в виде цилиндрических винтовых пружин опирается на опорную раму 6 или может быть упруго подвешен к перекрытию либо к специальному укрытию. В коробе 1 грохота установлены и жестко закреплены два яруса сит 2.

1.1 Структурный анализ рычажного механизма

Задачи структурного анализа:

Определить количество звеньев и их название (для плоского механизма);

а) Определить число, классиназвания кинематических пар;

б) Определить вид механизма;

с) Определить число степеней свободы;

д) Определить структурные группы (группы Ассура для плоского механизма); е) Определить класс механизма;

к) Определить подвижность механизма.

Мне дан рычажный механизм грохота (рисунок 3):

Рисунок 3 - Рычажный механизм

Механизм состоит из следующих 5 звеньев: 0 - стойка, 1 - кривошип, 2 - кулисный камень, 3 - кулиса, 4 - кулисный камень, 5 - ползун

Данный механизм состоит из следующих кинематических пар:

А(0,1) - Vкласс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

В(1,2) - V класс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

С(2,3) - V класс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

C'(3,4)- Vкласс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

D(0,3) - Vкласс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

E(4,5) - Vкласс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара.

E'(0,5)- Vкласс, поступательная, плоская, низшая кинематическая пара;

Так как механизм состоит только из низших, плоских кинематических пар V класса, то механизм является плоским. Число степеней свободы плоского механизма определяется по формуле Чебышева:

(1)

где n - число подвижных звеньев;

число кинематических пар V и IVклассов, итак:

W =3·5 - 2·7 =1

Разделяем механизм на следующие группы Ассура (рисунок 4 - а,б,в.):

а) Механизм I класса, б) Группа Ассура II класса 1 вида, в) Группа Асура II класса 2 вида

Рисунок 4 - Структурные группы механизма при ведущем звене 1



Структурная формула механизма следующая:

I(1)>II (2,3) > II (4,5)

Данный механизм является механизмом II класса.

а) Механизм I класса б) Группа Асура II класса 2 вида в) Группа Ассура II класса 1 вида

Рисунок 5 - Структурные группы механизма при ведущем звене 3

Структурная формула механизма следующая:

I(3)>II (4,5)

II (2,1)

Данный механизм является механизмом II класса.

а) Механизм I класса б) Группа Ассура II класса 1 вида в) Группа Ассура II класса 1 вида

Рисунок 6 - Структурные группы механизма при ведущем звене 5

Структурная формула механизма следующая:

I(5)>II (4,3) > II (2,1)

Данный механизм является механизмом II класса.



2. Кинематический анализ рычажного механизма

При кинематическом исследовании ставят две основные задачи:

1. Определение положений звеньев и траектории заданных точек;

2. Определение линейных и угловых скоростей и ускорений звеньев и отдельных точек механизмов.

В результате кинематического анализа устанавливают соответствие кинематических параметров (перемещений, скоростей и ускорений) заданным условиям, а также получают исходные данные для выполнения динамических расчетов. Знания кинематических параметров необходимы для расчета сил инерций и моментов сил инерций, кинетической энергии механизма и мощности.

Последовательность выполнения кинематического исследования такова:

1.Используя исходные данные, определить размеры всех звеньев механизма (все длины выразить в метрах);

2. Выбрать масштаб и построить планы положений механизма для 12 положений входного звена. Пронумеровать положения, приняв за первое то крайнее положение выходного (рабочего) звена, от которого начинается рабочий ход. Счет положений вести в направлении движения входного звена;

3.Построить траектории движения заданных точек;

4.Составить векторные уравнения для определения скоростей и ускорений точек звеньев;

5.Решить составленные уравнения методом планов скоростей для 12 положений механизма. Планы скоростей для всех положений строить из одного полюса;

6.Построить годографы скоростей исследуемых точек;

7.Построить планы ускорений для двух положений механизма (одно положение для рабочего, другое - для холостого хода механизма). Номера этих положений согласовываются с руководителем или задаются. Для этих положений определить величины и направления угловых скоростей и ускорений звеньев;

8.Построить диаграмму перемещений выходного звена в функции времени;

9.Методом графического дифференцирования построить кинематические диаграммы скоростей и ускорений выходного звена (ползуна). Определить масштабы этих диаграмм.

2.1 Построение плана 12 положений

Для построения плана 12 положений выбираем масштаб:

(2)

где истинное значение длины первого звена, м;

чертежное значение длины первого звена, мм.

По выбранному масштабу, определяем остальные чертежные значения длин звеньев и расстояний стоек:

(3) (4) (5) (6) (7)



По следующим формулам определяем численные значения длин звеньев и расстояния стоек:

,

,

,

,

,

По найденным чертежным значениям геометрических параметров, методом «засечек» строим план двенадцати положений механизма.

2.2 Построение планов скоростей для 12-ти положений механизма

Построение кинематических диаграмм создает возможность изучить изменение кинематических параметров какой - либо точки или звена механизма за время одного оборота ведущего звена. Метод планов скоростей и ускорений дает возможность определить линейные скорости и ускорения всех точек механизма, угловые скорости и ускорения всех звеньев и механизма в определенном его положении.

Кинематическое исследование методом планов и ускорений производим в такой последовательности:

Производим структурный анализ заданного механизма;

Вычерчиваем механизм в положениях, для которых требуется построить планы скоростей и ускорений;

Строим планы скоростей и ускорений сначала для ведущих звеньев, а затем для всех Ассуровых групп;

Кинематический анализ начинаем с ведущего переходя последовательно к ведомому.

(8)

(9)

(10)

Выбираем масштаб скорости:

(11)

где исходное значение скорости точки B

выбираем сами, мм.

(12)

(13)



(14)

(15)

(16)

Таблица 1 -Значения аналогов скоростей различных точек механизма для двенадцати положений.

№	сb	pе	cd
7	137,16	82,42	132,88	13.69	13.1	3.56
8	123,06	136,55	136,75	12.71	14.28	3.73
9	100,65	115,76	126,01	12.38	15.75	3.09
10	84,12	39,65	112,6	13.03	17.49	1.29
11	76,4	33,79	100,97	14.9	19.51	1.72
0	75,7	75,67	91,13	18.23	21.56	4.9
1	78,32	53,07	51,53	21.47	22.28	6.07
2	87,15	75,96	76,92	22.25	20.14	4.05
3	96,27	59,93	75,35	20.65	16.6	1.06
4	107,02	42,28	79,57	18.54	13.89	0.96
5	119,71	19,61	91,97	16.65	12.6	2.16
6	132,82	18,49	112,71	15.05	12.45	2.98

По формулам (17) и (18) определяем скорость точки С и Е:

(17)



0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

(18)

0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Определяем скорость звена BC по формуле 19, DC по формуле 20и CE по формуле 21

(19)

0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.



(20)

0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

(21)

0.

1.

2.

3.

4.



5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Определяем угловую скорость для каждого звена по формулам 22, 23, 24: рычажный кинематический кулачковый профилирование

(22)

0.

1.

2.

3.



4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

(23)

0.

1.



2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

(24)

0.



1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

2.3 Построение плана ускорений для 2-го и 9-го положений

(25)



Ускорение точки В механизма определяется по следующей формуле:

(26)

где угловое ускорение первого звена,

(27)

(28)

нормальное ускорение;

тангенциальное ускорение;

релятивное ускорение.

Для 2-го положения:

Определяем нормальное ускорение механизма для второго звена:

(29)



(30)

с-1

угловое ускорение второго звена,

(31)

Выбираем масштаб ускорения:

(32)

выбираем из чертежа, мм.

(33)

(34)



Находим нормальное ускорение для четвертого звена:

(35)

(36)

Находим тангенциальное ускорение для второго и третьего звеньев:

(37)

(38)

Определяем тангенциальное ускорение для четвертого звена:

(39)

Находим угловое ускорение для всех звеньев:



(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

Определяем ускорение точек C,E:

(46)

(47)

выбираем из чертежа, .

Для 9-го положения:

Определяем нормальное ускорение механизма для второго звена:



Находим масштаб ускорения:

Определяем нормальное ускорение для четвертого звена:

Определяем тангенциальное ускорение для второго и четвертого звеньев:

Находим угловое ускорение для всех звеньев:



Определяем ускорение точек E:

2.4 Построение кинематических диаграмм

Кинематическая диаграмма представляет собой графическое изображение изменения одного из кинематических параметров (перемещения, скорости и ускорения) точки или звена исследуемого механизма и функции времени, угла поворота или перемещения ведущего звена этого механизма.

Пусть требуется построить кинематическую диаграмму изменения расстояний точки , ползуна рычажного механизма вакуумного насоса, от его левого крайнего положения .

Для этого:

1. вычерчиваем схему механизма в масштабе , в двенадцати положениях, соответствующих последовательным поворотам кривошипа на 30. За начальное положение кривошипа принимаем при котором ползун занимает крайнее левое положение ;

2. строим оси координат и на оси абцисс откладываем отрезок , изображающий время одного полного оборота кривошипа в масштабе:

(48)

Отрезок l делим на двенадцатьравных частей в соответствующих точках 8, 9, 10… по оси ординат откладываем расстояние пройденные точкой Eот его крайнего левого положения .

До крайнего правого положения расстояния возрастают, а начиная с положения , они будут уменьшаться; когда кривошип придет в начальное положение , ордината кривой () будет равна нулю;

Соединяем последовательно плавной кривой полученные точки 8, 9?,10?,11?,… . Полученная кривая и будет диаграммой расстояний точки E.

Если величины расстояния откладывать прямо со схемы, то масштаб диаграммы () будет равен, масштаб перемещения

Если же оси абцисс откладывать углы поворота кривошипа , отсчитывая их по ходу часовой стрелки от начального положения ,то заданная диаграмма представит функциональную зависимость и масштаб по оси абцисс

(49)



Для построения диаграммы скорости () поступаем так:

Под диаграммой () строим оси координат ,, и на продолжении оси влево откладываем отрезок ;

Из точки p проводим лучи p8,p9,p10,… параллельно хордам кривой ()на участках 8,9?;9?,10?;10?,11?;…

Эти лучи отсекут на оси отрезки пропорциональные средней скорости на соответствующем участке диаграммы;

Отложим эти отрезки на средних ординатах соответствующих участков;

Соединим ряд полученных точек8??,9??,10??,… плавной кривой; эта кривая будет диаграммой скорости () .

Имея диаграмму скоростей (), аналогично строим диаграмму тангенциальных ускорений ().

При построении диаграмм () и () описанным методом нельзя получить те участки этих диаграмм, которые соответствуют половине крайних участков оси абцисс. Чтобы закончить построение диаграмм, нужно дополнительно построить средние значения и для одного-двух участков следующего цикла. Соединив плавной кривой точки, соответствующие последним участкам первого цикла и первым участкам следующего цикла, отсечем на крайней правой оси ординат отрезок, который следует отложить на крайней левой оси ординат цикла. После этого окончательно достраиваем всю кривую.

Масштаб диаграмм () и () остается таким же, как и раньше; масштабы по осям ординат определяются по формулам:

для диаграммы скоростей:

(50)

для диаграммы ускорения:

(51)

и отрезки взятые из чертежа, мм.

2.5 Проверочный расчет результатов исследования

Определяем относительную погрешность 5-го и 12-го положения скорости:

(52)

(53)

(54)



для 0-гоположения:

Для 9-го положения по аналогичным формулам, что и для 2-го положения:

Определяем относительную погрешность 2-го и 9-го положения ускорения:

Для 2-го положения:

(55)



(56)

(57)

Для 9-го положения:

Так как погрешность не превышает 3%, то наши расчеты были проведены верно.



3. Синтез кулачкового механизма

При курсовом проектировании кулачковый механизм является частью общей кинематической схемы проектируемой машины. Он используется либо как основной механизм, осуществляющий движение исполнительных звеньев, либо как вспомогательный для управления циклом или выполнения операций подачи, смазки, перемещение суппорта, включения двигателя и т.д.

Расчет кулачка имеет целью определение координат оси вращения кулачка относительно выходного звена и координат профиля кулачка. Первый этап работы называют выбором размеров кулачка, обеспечивающих изменение угла давления в допустимых пределах, назначенных из условия уменьшения работы сил трения и снижения износа элементов кинематической пары. Второй этап работы называют расчетом и построением профиля кулачка по заданному закону движения выходного звена.

Для решения поставленной задачи можно использовать графические методы расчета. Проектирование кулачкового механизма ведется в следующей последовательности:

1. По заданному закону изменения аналога ускорения толкателя методом графического интегрирования определяется законы изменения аналога скорости и перемещение выходного звена в зависимости от угла поворота кулачка.

2. Определение основных размеров из условий ограничений угла давления (в механизме с роликовым выходным звеном) или из условия выпуклости профиля кулачка (механизм с плоским толкателем);

3. Определение центрового и конструктивного профилей кулачка по заданному закону движения выходного звена методом обращения движения;

4. Выбор радиуса ролика и построение конструктивного профиля кулачка.

3.1 Структурный анализ кулачкового механизма

Мне дан кулачковый механизм грохота:

Рисунок 7 - Схема кулачкового механизма

Кулачковый механизм состоит из следующих звеньев: 0 - стойка, 1 - кулачок, 2 - толкатель, 3 - ролик.

Кулачковый механизм следующих кинематических пар:

A(0,1) - V класс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

B(2,3) - V класс, вращательная, плоская, низшая кинематическая пара;

C(0,2) - V класс, поступательная , плоская, низшая кинематическая пара;

D (1,3) - IV класс, линейная, плоская, низшая кинематическая пара.

Находим число степеней свободы кулачкового механизма:

(58)

где число звеньев; число кинематических пар IV и V классов; лишняя степень свободы.



3.2 Построение кинематических диаграмм

Нам дан закон ускорений - косинусоидальный.

Для начала определяем фазовые углы :

угол удаления;

угол дальнего выстоя;

угол сближения;

угол ближнего выстоя.

Итак:

;

;

; (59)

; (60)

; (61)

Определяем наибольшие ординаты обоих участков и :

(62)



Отсюда:

выбираем произвольно, мм.

В данном случае наибольшие ординаты и обоих участков диаграммы

,берутся в отношении, обратно пропорциональном квадратам фазовых углов.

Пусть по оси х отложен отрезок длинойl мм, представляющий собой угол поворота кулачка, равный (или ). В этом случае масштаб углов поворота

(63)

Равенство (66) показывает, что масштабы углов поворота кулачка определяется выбранной величиной отрезка l, представляющего собой один оборот кулачка.

Нам дано вращение вокруг неподвижной оси ведомого звена (коромысла). В этом случае в заданиях на проект дается диаграмма интегрируя ее последовательно дважды, получаем кривые и , масштабы которых связаны между собой так:



(64)

(65)

(66)

Значения ивыбирают произвольно в пределах 40-60мм.

максимальный угол поворота.

3.3 Определение минимального радиуса кулачка

Взяв произвольную точку T на плоскости, откладываем от нееотрезок TR, равный ходу hтолкателя. Этот отрезок размечаем в соответствии с графиком . Через точки деления проводим перпендикулярные отрезки , ,…к линии TR. Откладываем отрезки изображающие соответствующие значения величины в масштабе , величину этих отрезков в мм определяем по формуле:

(67) (68)

где:

величина первой производной поступательного перемещения толкателя по углу поворота кулачка;

l - истинное значение длины первого звена, м;

масштаб длин чертежа;

масштаб диаграммы функции .

Длины отрезков определяем графически, методом пропорционального деления. С этой целью определяем наибольший отрезок при удалении коромысла:

;;

Аналогично определяем величины отрезков z при возвращении коромысла. Наибольшее значение при возвращении коромысла:

;

Направление вращения кулачка принимаем противоположным направлению вращения коромысла при его удалении. Соединив последовательно конечные точки отрезков плавной кривой, получим геометрическое место концов отрезков .

Через крайние точки отрезков проводим прямые под минимальным углом передачи к данным отрезкам. Областью центра вращения кулачка будет заштрихованный участок, являющийся общим для областей возможных центров вращения кулачка всех положений толкателя.

Соединив выбранный центр вращения кулачка с точкой , получим искомый минимальный радиус-вектор кулачка. Отрезок является минимальным радиусом кулачка при данном эксцентриситете.

3.4 Профилирование кулачка

Для решения поставленной задачи воспользуемся методом обращения движения механизма.

Через произвольную точку , лежащую на продолжении оси абсцисс диаграммы , проводим вертикаль - траекторию точки A толкателя,- и размечаем ее в соответствии с диаграммой, для чего через точки; и т.д. проводим горизонтальные прямые до пересечения с прямой в точках; и т.д. Слева от прямой на расстоянии экцентриститета e проводим прямую EO и засекаем ее из точки дугой радиуса, равного заданному радиусу теоритического профиля кулачка. Точка является центром вращения кулачка. При заданном вращении кулачка против часовой стрелки эксцетриститет откладывается воево от траектории точки .

Траектория абсолютного движения точки А толкателя в ее обращеннем движении все время будет касаться окружности радиуса е в точках;; и т.д. Для построения последовательных положении точки А толкателя в обращенном движении следующим образом:

строим окружность радиуса ;

откладываем от прямой в направлении, противоположном вращении кулачка, заданные фазовые углы и получаем точки пересечения сторон этих углов с окружностью радиуса ;

дуги и , соответствующие углам и , делим на части в соответствии с делениями оси абсцисс диаграммы (точки );

проводим из точек и т.д. касательные к окружности радиуса е (; и т.д.);

засекаем касательные дугами окружностей радиусов и т.д. в точках и т.д. Соединяя плавной кривой точки и т.д. получаем теоретический профиль кулачка.

Для получения практического профиля кулачка нужно построить огибающую дуг радиуса r ролика, имеющих центры на теоретическом профиле.

Для устранения самопересечения профиля кулачка, а также из конструктивных соображений длина rрадиуса ролика должна удовлетворять двум условиям: и Здесь минимальный радиус кривизны профиля кулачка.

В нашем случае радиус ролика находим по второму условию:



Практический профиль вычерчиваем как огибающую семейства дуг радиуса, равного радиусу ролика, которые проведены из центров, расположенных на центровом профиле кулачка.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, я ______________провел синтез кулачкового механизма и структурно-кинематический анализ рычажного механизма.

Курсовой проект по ТММ по своему содержанию охватывает основные разделы дисциплины:

1. Структурный анализ механизма:

В ходе структурного анализа студент должен определить число и характер движения каждого из звеньев, определить количество и класс кинематических пар, подсчитать число степеней свободы механизма.

Разбив механизм на структурные группы Ассура, выполнить их классификацию и сделать заключение о классе и порядке механизма в целом. Структурный анализ, выполняемый в пояснительной записке должен иллюстрироваться кинематическими схемами механизма, его отдельных звеньев и групп Ассура.

2. Кинематический анализ механизма:

Задачей кинематического анализа является изучение движения звеньев механизма без учета сил, вызывающих движение.

При кинематическом исследовании ставят две основные задачи:

а) Определение положений звеньев и траектории заданных точек;

б) Определение линейных и угловых скоростей и ускорение звеньев и отдельных точек механизмов.

Нами были изучены, освоены и применены основные методы графического, графоаналитического анализов механизма:

а) метод кинематических диаграмм;

б) векторный метод - метод планов;

в) метод графического дифференцирования;

г) метод графического интегрирования;

д) метод обращения движения (инверсии);

е) метод хорд;

ж) метод «засечек».

В общем, в ходе выполнения курсового проектамной были освоены и применены общие методы исследования и проектирования механизмов, которые на практике я смог использовать для отдельно взятого конкретного механизма.



Список использованной литературы

1. Кореняко.Ф.С., Крементштейн Л.И., Петровский С.Д., Овсиенко Г.М., Баханов В.Е., Емец П.М.-«Курсовое проектирование по теории механизмов и машин».-2011 г. 330 с.

2. Абдрашев С.Ж., Мырзалиев Д.С. «Методическое указание для выполнения лабораторных работ по дисциплине теория механизмов и машин», 2012г.

3. Артоболевский И.И. «Теория механизмов и машин»: Учеб. для вузов.-4-е изд., перераб. И доп. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 2013 - 640 с.

4. Смелягин А.И. Теория механизмов и машин: Курсовое проектирование: учебное пособие. - М.: ИНФРА-М, 2013.-263с.

5. Смелягин А.И. структура механизмов и машин: Учебное пособие для вузов/ А.И. Смелягин.-М.: Высшая школа, 2016. - 304с.

6. Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин: Учебное пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 2012. - 351с.

7. Карелин В.С. Проектирование рычажных и зубчато-рычажных механизмов: - М.: Машиностроение, 2016. - 224с.

8. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 2011. - 540с.

9. Проектирование и расчет динамических систем / Под ред. В.А.Климова.- Л.: Машиностроение, 2014. - 360с.

Динамика машин и синтез механизмов: Под. Общ. Ред. О.И.Кульбачного. - М.: ВЗМИ, 2015. - 272с.

Дополнительная литература

10. Кожевников С.И. Теория механизмов и машин: Учебное поcобие для машиностроит. спец. Вузов / С.Н. Кожевников. - 4-е изд. Испр. - М.: Машиностроение, 1973. - 592с.

11. Механика машин: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1996. - 511с.

12. Чернилевский Д.В. Проектирование деталей машин и механизмов. - М.: Высш. шк. 1980.

13. Леликов О.П. Курсовое проектирование. - М.:Высш.шк.,1990.

14. Дунаев Н.В. Детали машин. Курсовое проектирование. - М.:Высш. шк., 2002.

15. Альбом деталей машин.

16. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 - М.:Машиностроение, 1978.

17. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. - Л.: Машиностроение, 1988.

Размещено на Allbest.ru

...