Проектирование и исследование механизма глубинного насоса

R₂₃ⁿ ЙЙ АВ, R₂₃^t АВ, R₁₄ⁿ ЙЙ ВC, R₁₄^t ВC.

Порядок и очередность определения реакций в КП диады 2₂(3,4) складываются в соответствии с рекомендациями [4] (с. 40, таблица 6.1) и состоят в основном из следующих четырех последовательных позиций.

1. По условию Даламбера шатун находится в равновесии, он неподвижен. Алгебраическая сумма моментов всех сил на шатуне относительно точки B равна нулю (4.2).

?M_B(3) = 0.

Опустив перпендикуляры из точки B на линии действия силы инерции F_u3 и силы тяжести шатуна G₃, находим плечи этих сил (кратчайшие расстояния)

h_G3 = 25 мм, h_u3 = 22 мм.

Направление момента силы, совпадающее с движением часовой стрелки, считаем отрицательным. Зададимся предварительно направлением вектора R₂₃^t, истинность которого уточнится позже по положительному или отрицательному значению найденной реакции R₂₃^t. В случае отрицательного ответа авансовое направление R₂₃^t следует поменять на противоположное. Из развернутого уравнения (4.3) имеем:

?M_B(3) = R₂₃^t•АВ - M_и(3) ? м_? ? G₃•h_G3 + F_u3•h_u3 = 0,

R₂₃^t = (M_и(3) ? м_? + G₃•h_G3 ? F_u3•h_u3) ? АВ =

= -322,64 Н.

Отрицательный ответ опровергает истинность предполагаемого направления R₂₃^t.

2. По принципу Даламбера звенья 3 и 4 в структурной группе 2₂(3,4) находятся в равновесном состоянии. Воспользуемся уравнением (4.1)

?M_B(4) = 0.

Опустив перпендикуляры из точки B на линии действия силы инерции F_u4 и силы тяжести шатуна G₄, находим плечи этих сил (кратчайшие расстояния)

h_G4 = 105мм, h_u4 = 101 мм, h''=12,5мм.

Направление момента силы, совпадающее с движением часовой стрелки, считаем отрицательным. Зададимся предварительно направлением вектора R₂₃^t, истинность которого уточнится позже по положительному или отрицательному значению найденной реакции R₂₃^t. В случае отрицательного ответа авансовое направление R₂₃^t следует поменять на противоположное. Из развернутого уравнения (4.3) имеем:

?M_B(4) = R₁₄^t•ВС ? M_и(4) ? м_? - G₄•h_G4 - F_u4•h_u4 - F''h''= 0,

R₁₄^t = (M_и(4) ? м_? + G₄•h_G4 + F_u4•h_u4 +F''h'') ? ВС =

= 64743,65 Н.

3. Уравнения равновесных всех действующих сил (план сил), приложенных к звеньям 3 и 4:

? R₃₄ = 0;

R₂₃ⁿ + R₂₃^t + F_и3 + G₃ + F_и4 + G₄ + R₁₄ⁿ + R₁₄^t = 0.

Для построения плана сил примем масштабный коэффициент сил

м_F = R₁₄^t ? R₁₄^t = 64743,65 Н ? 50 мм = 1294,9 Н/мм.

где R₁₄^t = 15 мм, чертежная длина вектора силы сопротивления. Длины векторов сил в выше приведенном уравнении равны в (мм):

R₂₃^t = R₂₃^t ? м_F = 322,64 Н ? 1294,9 Н/мм = 0,25,

G₃ = G₃ ? м_F = 208,653 Н ? 1294,9 Н/мм = 0,16,

F_и3 = F_и3 ? м_F = 290,32 Н ? 1294,9 Н/мм = 0,22,

F_и4 = F_и4 ? м_F = 19176 Н ? 1294,9 Н/мм = 14,8,

G₄ = G₄ ? м_F = 10006,2 Н ? 1294,9 Н/мм = 7,73,

F''=8000H/ 1294,9 H/мм= 6,2

У векторов известны направления, которые должны замкнуть векторный многоугольник. Сначала отложим векторы известных сил, действующих на третье звено (R₂₃^t, G₃, F_и3). Замыкание многоугольника сил осуществляется проведением линий действий векторов сил, действующих на четвертое звено (R₁₄^t, G₄, F_и4). Замыкание многоугольника сил осуществляется проведением линий действий векторов сил в точке L до их взаимного пересечения в точке К.

Из полученного плана сил, замерим длины векторов

R₂₃ = R₂₃?м_F = 83 мм •1294,9 Н/мм =107476,7 Н,

R₁₄ = R₁₄?м_F = 95 мм •1294,9 Н/мм = 123015,5 Н.

4. Определение реакций в кинематической паре B между звеньями 3 и 4. Рассмотрим равновесие 3-го звена по уравнению (4.1)

? F₃ = 0,

Реакция R₄₃ со стороны 4-го звена будет замыкающим вектором многоугольника (плана) сил

R₂₃ + R₄₃ + F_и3 + G₃ = 0.

Векторы известных сил R₂₃, G₃, F_и3 на плане сил (4.5; 4.6) уже отложены. Замерим длину полученного вектора R₄₃ = . Модуль этой силы, реакция между звеньями 3 и 4, равен

R₄₃ = R₄₃?м_F = 83 мм •1294,9 Н/мм = 107476,7 Н.

4.3 Силовой расчет ведущего звена при холостом ходе

Строим план ведущего звена (лист 2) в масштабе длин=0,0175 м/мм. К звену ОА проложим силы: в центре масс S₂ силу тяжести G₂ = 160,884 H центробежную силу инерции направленную противоположно ускорению центра масс, в точке A приложим реакцию со стороны третьего звена.

1. Рассмотрим условие равновесия моментов сил относительно точки O:

?M_о(2) = 0,

-R₃₂•h₃₂ + F_ур•h_ур = 0,

F_ур = (R₃₂•h₃₂ ) ? h_ур = 91355,2 Н.

2. Реакцию со стороны стойки R₁₂ определим из условия равновесия сил, действующих на второе звено, по уравнению (4.2):

?F₍₂₎ = 0,

R₃₂ + G₂ + F_и2 + F_ур + R₁₂ = 0.

Для построения плана сил примем масштабный коэффициент сил

м_F = 1294,9 Н/мм.

Длины векторов сил равны:

R₃₂ = R₃₂ ? м_F = 107476,7 Н ? 1294,9 Н/мм = 83 мм,

G₂ = G₂ ? м_F = 160,884 Н ? 1294,9Н/мм = 0,12 мм,

F_ур = F_ур ? м_F = 91355,2 Н ? 1294,9 Н/мм = 70,55 мм

Строим план сил. Из точки М последовательно вектор за вектором откладываем векторы сил и из чертежа находим длину замыкающего вектора R₁₂ = 43 мм. Реакция со стороны стойки равна:

R₁₂ = R₁₂?м_F = 49 мм • 1294,9 Н/мм = 63450,1 Н.

Уравновешивающий момент М_ур равный

М_ур = F_ур•?_ОА = 91355,2 Н •0,35 м = 31974,32 Н•м.

соответствует движущему (крутящему) моменту. Мгновенная мощность в 1-м положении механизма равна:

Р_дв(1) = М_ур?щ₂ = 31974,32 Н•м •3,77 рад/с ? 120 кВт.

Таблица 4.2

Исходные, промежуточные, результирующие данные по силовому расчету механизма в 9-м и 1-м положении

Результаты силовых расчетов сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

Реакции в кинематических парах

Заключение

Инженер-конструктор должен владеть современными методами расчета и конструирования новых быстроходных автоматизированных и высокопроизводительных машин. Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям - безопасности обслуживающего персонала; эксплуатационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют сложный комплекс задач, которые должны быть решены в процессе проектирования новой машины.

Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемой машины, а также в разработке ее кинематической схемы, обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.

Проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчету механизмов и машин; оно развивает творческую инициативу и самостоятельность, повышает интерес к изучению дисциплины и прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы. Учебная и инженерная ценность домашнего задания определяется в значительной степени комплексностью домашнего задания и реальностью объектов проектирования.

При решении задач проектирования кинематических схем механизмов учтены структурные, метрические, кинематические и динамические условия, обеспечивающие воспроизведение проектируемым механизмом заданного закона движения.

Современные методы кинематического и кинетостатического анализов, а в значительной степени и методов синтеза механизмов определяются его структурой, т. е. способом его образования.

Закон движения представлен диаграммой перемещения звена в функции угла поворота при его равномерном вращении, графиком скорости и графиком тангенциальных ускорений в функции того же угла.

Кроме построения графиков углов передачи, целесообразно было также для двух-трех характерных положений найти скорости и ускорения звена аналитическим методом; по этим скоростям и ускорениям можно судить об имеющих место отклонениях от заданного закона движения звена, т. е. можно сделать вывод, что значения скоростей и ускорений взятые из планов скоростей и ускорений имеют достаточно большую погрешность, что свидетельствует о неточности определение скоростей и ускорений точек механизма графическим методом.

Структурный анализ дает возможность определить порядок и методы кинематического анализа. Задачи кинематики комплексно связаны с задачами кинетостатического анализа. Произведенный структурный анализ позволяет решить задачу кинетостатического расчета в последовательности, обратной порядку кинематического исследования; т. е. начиная расчет с последней, считая от ведущего звена, ассуровой группы и кончая расчетом ведущего звена.

Кинетостатический расчет дает возможность определить реакции в кинематических парах, уравновешивающий момент и уравновешивающую силу на ведущем звене и усилия, действующие на отдельные звенья механизма. Эти условия необходимы при расчете звеньев на прочность и определение их рациональных конструктивных форм.

Список литературы

1. Курсовой проект по прикладной механике: методические указания /Сост. Тарханов В. И. - Ульяновск, УлПИ 1989.

2. Задания на курсовой проект по прикладной механике/Сост. Тарханов В. И. - Ульяновск, УлПИ, 1984.

3. Кинематическое исследование плоских рычажных механизмов аналитическими методами: методические указания/Сост. Тарханов В. И. - Ульяновск, УлПИ, 1982.

4. Прикладная механика: учебное пособие для вузов/Заблонский К. И. - К.: из-во Высшая школа, 1984.

Размещено на Allbest.ru