Анализ плоских многозвенных механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Кафедра механики, ремонта и деталей машин (в составе УНК «Пожаротушение»)

Курсовая работа

По дисциплине: «Прикладная механика»

На тему: «Анализ плоских многозвенных механизмов»

Выполнил: студент 2 курса, 214 учебной группы

Вагин А.А.

Руководитель: преподаватель, майор внутренней службы

Н.А. Кропотова

Иваново 2017



Содержание

Введение

1. Структурный анализ механизмов

1.1 Структурный анализ механизма №1

1.2 Структурный анализ механизма №2

1.3 Структурный анализ механизма №3

2. Построение механизмов в масштабе

2.1 Построение механизма №1 в масштабе

2.2 Построение механизма №2 в масштабе

2.3 Построение механизма №3 в масштабе

3. Определение скоростей шарниров механизмов

3.1 Определение скоростей шарниров механизма №1

3.2 Определение скоростей шарниров механизма №2

3.3 Определение скоростей шарниров механизма №3

4. Определение угловых скоростей звеньев механизмов

4.1 Определение угловых скоростей звеньев механизма №1

4.2 Определение угловых скоростей звеньев механизма №2

4.3 Определение угловых скоростей звеньев механизма №3

5. Определение ускорений шарниров механизмов

5.1 Определение ускорений шарниров механизма №1

5.2 Определение ускорений шарниров механизма №2

5.3 Определение ускорений шарниров механизма №3

6. Определение угловых ускорений звеньев механизмов

6.1 Определение угловых ускорений звеньев механизма №1

6.2 Определение угловых ускорений звеньев механизма №2

6.3 Определение угловых ускорений звеньев механизма №3

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Прикладная механика, которая в настоящее время объединяет такие дисциплины, как: ТММ; сопротивление материалов; детали машин и подъемно-транспортные машины; является одной из старейших отраслей наук. Известно, например, что еще при строительстве египетских пирамид использовались простейшие механизмы (рычаги, блоки и т.д.). Наука, как таковая, выделилась около 200 лет тому назад. Существенный вклад в развитие практической механики внесли такие ученые и изобретатели, как: М.В. Ломоносов; И.И. Ползунов - создатель паровой машины; И.П. Кулибин - создатель часов автоматов; механизма протеза и др.; отец и сын Черепановы, построившие первый в России паровоз; Л. Эйлер, разработавший теорию плоского зацепления и предложивший эвольвенты профиль зубьев колес, который используется в настоящее время.

Гидравлический аварийно-спасательный инструмент переносной инструмент с гидроприводом, применяемый для извлечения (деблокирования) пострадавших при выполнении аварийно-спасательных работ в условиях чрезвычайных ситуаций В состав ГАСИ включаются следующие образцы рабочего инструмента и оборудования: расширители (разжимы) для перемещения элементов разрушенных конструкций завалов, прокладывания в них проходов, расширения щелей в стыке между ними, удержания грузов в фиксированном положении, деформирования и стягивания металлических конструкций, пережатия труб для приостановления течи опасных веществ. В комплект ГАСИ обычно входит от двух до четырех моделей расширителей, которые отличаются по величине раздвигающего и тягового усилия и раскрытию рычагов; кусачки (челюстные резаки, ножницы), предназначенные для разрезания листового металла, перекусывания стальных прутков, труб, уголков и других профилей, а также стальных тросов и кабелей; комбинированные ножницы (разжим-кусачки, комбинированные челюстные резаки), которые сочетают в себе свойства расширителей и кусачек; гидравлические цилиндры, используемые для поднятия железобетонных плит и разрушенных элементов их конструкций, автомобилей, а также перемещения других тяжелых предметов; вспомогательные инструменты для выполнения специфических операций.

Практически каждый производитель включает в комплект ГАСИ какой-либо специальный инструмент, например, отрыватель петель, педальные ножницы, устройство для пережатия петель. Кроме аварийно-спасательного инструмента в комплект ГАСИ входят гидравлические насосные станции, которые предназначены для подачи рабочей жидкости в гидравлический инструмент. Выпускаются модели с приводом от двигателя внутреннего сгорания, с электродвигателем (220/380 В) и пневмоприводом. Обязательно в комплект ГАСИ включается насос с ручным (ножным) приводом. Для подключения гидроинструмента к источнику питания (гидростанции или ручному насосу) и увеличения радиуса его действия используются несколько напорных и сливных рукавов, находящихся на одно- или двухбарабанных катушках или без них. Для расширения возможностей ГАСИ в комплект включаются наборы цепей, специальные крюки, скобы, струбцины и упоры. В некоторые комплекты ГАСИ входят пульты дистанционного управления. В спасательных формированиях МЧС России широко используются комплекты ГАСИ «Спрут», «Медведь», «Простор», «Эконт» и др.

Принцип действия ГАСИ основан на передаче энергии, преобразующей поступательное движение поршня и штока гидроцилиндра с помощью рычажно-шарнирных звеньев в работу по выполнению различных операций.

Зарубежные и отечественные фирмы-производители предлагают комплекты и наборы ГАСИ с определенным перечнем образцов рабочего инструмента, рабочего оборудования, вспомогательных и дополнительных принадлежностей. Наиболее простыми по конструкции и применению являются гидравлические домкраты и цилиндры, которые могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми.

Домкраты могут работать при наличии небольшого зазора, поднимая или перемещая груз на расстояние, определяемое ходом штока.

Цилиндры могут быть односторонними или двусторонними, двойного действия. Они выполняют работу по перемещению посредством выдвижения штоков («расширение») или их втягивания («стягивание»). При работе на «стягивание» цилиндр оснащается двумя «ушками», к которым крепятся цепи. По необходимости для увеличения начальной длины цилиндра на штоки навинчиваются удлинители.

Более сложными по конструкции являются такие инструменты, как расширитель, резак, кусачки, ножницы и др.

Расширители, в отличие от домкратов, могут начинать раздвижку с малых зазоров (10-30 мм). В ряде случаев начальный зазор может быть образован непосредственно инструментами (при использовании их как тяжелых клиньев). Рабочим органом расширителя служат две симметрично расположенные удлиненные губки (силовые элементы), которые при движении поршня в гидроцилиндре за счет рычажно-шарнирной передачи веерообразно расходятся или сходятся, осуществляя силовой разжим или сжатие. Максимальное усилие на губках реализуется при расширении в прямом ходе поршня. При обратном ходе за счет уменьшения площади поршня (наличие штока) усилия на губках несколько снижаются.

Гидроклин образует зазоры между поверхностями разжимаемых объектов с помощью ползуна путем силового отжатия за счет проникновения в щели выступающих концов гибких металлических упорных пластин, закрепленных поверх коротких жестких опорных пластин. Ползун в виде клина под воздействием давления в гидроцилиндре на поршень перемещается линейно вперед, контактируя через упорные пластины с поверхностями разжимаемых объектов.

Резак производит работу двумя серповидными лезвиями, которые при раскрытии образуют с-образную зону, полуохватывающую разрезаемый предмет. Сжатие лезвий и резание происходят при прямом ходе поршня (реализация наибольших усилий). Режущие кромки лезвий в большинстве случаев имеют две зоны: общую -- для резания различных конструкций и предметов, входящих в зев между лезвиями, и специальную (в виде корневой выемки) для резания металлических прутков и арматуры. Корневая выемка максимально приближена к оси поворота лезвий, где развиваются наибольшие усилия.

Кусачки, в отличие от резака, обеспечивают «перекусывание» различных элементов при движении режущих кромок ножей навстречу друг к другу встык.

Ножницы, имея удлиненные лезвия, как и резак, позволяют выполнять работу при прямом ходе поршня (реализация наибольших усилий). На некоторых моделях имеются заточенные зубья на внешней кромке лезвий, при помощи которых осуществляется вспарывание глухих металлических листов и создается пространство для начала резки или расширения.

Расширитель-ножницы является универсальным инструментом и, как правило, имеет удлиненные лезвия с прямой режущей кромкой, снабженные рядом выемок для удержания от выдавливания перерезаемого материала.

Наружные концы лезвий имеют рабочие площадки с рифлениями для выполнения операций по расширению. У большинства моделей прямое движение поршня используется для резания и стягивания, а обратное относительно меньшим усилием -- для расширения.

Комбинированные ножницы (кусачки, гидроклин) выполнены в виде жестко соединенных между собой узлов и агрегатов. Отсутствие гибких трубопроводов и разъемных соединений повышает надежность, сокращает время подготовки к работе, позволяет выполнять операции одному человеку.

1. Структурный анализ механизмов

1.1 Структурный анализ механизма №1

В состав плоского многозвенного механизма №1 входят следующие звенья:

1) ферма;

2) три шатуна;

3) кривошип.

Таким образом, количество подвижных звеньев n=5.

Звенья механизма образуют кинематические пары. Для определения количества кинематических пар, входящих в состав механизма №1 заполним таблицу 1, где для каждой кинематической пары определим ее класс и вид.

Таблица 1 Классификация кинематических пар механизма №1

№	Изображение кинематических пар	Классы кинематических пар	Виды кинематических пар
1		5	Вращательная
2		5	Вращательная
3		5	Вращательная
4		5	Вращательная
5		5	Вращательная
6		5	Вращательная
7		5	Вращательная

Таким образом, количество кинематических пар пятого класса p₅=7, четвертого класса p₄=0.

Далее определяем степень подвижности механизма №1 по формуле П.Л. Чебышева:

W=3•n - 2•p₅ - p₄ (1)

где n - количество подвижных звеньев механизма, n=5;

p₄ - количество кинематических пар 4 класса, p₄=0;

p₅ - количество кинематических пар 5 класса, p₅=7.

W =3•5 - 2•7=1.

Поскольку степень подвижности механизма W=1, то данный механизм подвижен, не имеет лишних связей.

1.2 Структурный анализ механизма №2

В состав плоского многозвенного механизма №2 входят следующие звенья:

1) ферма;

2) три шатуна;

3) ползун.

Таким образом, количество подвижных звеньев n=5.

Звенья механизма образуют кинематические пары. Для определения количества кинематических пар, входящих в состав механизма №2 заполним таблицу 1, где для каждой кинематической пары определим ее класс и вид.

Таблица 2. Классификация кинематических пар механизма №2

№	Изображение кинематических пар	Классы кинематических пар	Виды кинематических пар
1		5	Вращательная
2		5	Вращательная
3		5	Вращательная
4		5	Вращательная
5		5	Вращательная
6		5	Вращательная
7		5	Вращательная

Таким образом, количество кинематических пар пятого класса p₅=7, четвертого класса p₄=0.

Далее определяем степень подвижности механизма №2 по формуле П.Л. Чебышева:

W=3•n - 2•p₅ - p₄ (1)

где n - количество подвижных звеньев механизма, n=5;

p₄ - количество кинематических пар 4 класса, p₄=0;

p₅ - количество кинематических пар 5 класса, p₅=7.

W =3•5 - 2•7=1.

Поскольку степень подвижности механизма W=1, то данный механизм подвижен, не имеет лишних связей.

1.3 Структурный анализ механизма №3

В состав плоского многозвенного механизма №3 входят следующие звенья:

1) два кривошипа;

2) три шатуна;

Таким образом, количество подвижных звеньев n=5.

Звенья механизма образуют кинематические пары. Для определения количества кинематических пар, входящих в состав механизма №3 заполним таблицу 1, где для каждой кинематической пары определим ее класс и вид.

Таблица 3. Классификация кинематических пар механизма №3

№	Изображение кинематических пар	Классы кинематических пар	Виды кинематических пар
1		5	Вращательная
2		5	Вращательная
3		5	Вращательная
4		5	Вращательная
5		5	Вращательная
6		5	Вращательная
7		5	Вращательная

Таким образом, количество кинематических пар пятого класса p₅=7, четвертого класса p₄=0.

Далее определяем степень подвижности механизма №3 по формуле П.Л. Чебышева:

W=3•n - 2•p₅ - p₄ (1)

где n - количество подвижных звеньев механизма, n=5;

p₄ - количество кинематических пар 4 класса, p₄=0;

p₅ - количество кинематических пар 5 класса, p₅=7.

W =3•5 - 2•7=1.

Поскольку степень подвижности механизма W=1, то данный механизм подвижен, не имеет лишних связей.

многозвенный кинематический шарнир ускорение

2. Построение механизмов в масштабе

2.1 Построение механизма №1 в масштабе

Для построения механизма на листе формата А4 необходимо подобрать масштаб. Для этого переводим заданные размеры звеньев механизма №1 в метры:

Масштаба построения механизма №1 будет определяться следующим образом:

После определения масштабного коэффициента механизма №1 перейдем к определению длин всех его звеньев в масштабе:

Далее проводим построение механизма №1 в заданном положении на листе формата А4.

2.2 Построение механизма №2 в масштабе

Для построения механизма на листе формата А4 необходимо подобрать масштаб. Для этого переводим заданные размеры звеньев механизма №2 в метры:

Масштаба построения механизма №2 будет определяться следующим образом:

После определения масштабного коэффициента механизма №2 перейдем к определению длин всех его звеньев в масштабе:

Далее проводим построение механизма №2 в заданном положении на листе формата А4.



2.3 Построение механизма №3 в масштабе

Для построения механизма на листе формата А4 необходимо подобрать масштаб. Для этого переводим заданные размеры звеньев механизма №3 в метры:

Масштаба построения механизма №3 будет определяться следующим образом:

После определения масштабного коэффициента механизма №3 перейдем к определению длин всех его звеньев в масштабе:

Далее проводим построение механизма №3 в заданном положении на листе форматаA4.



3. Определение скоростей шарниров механизмов

3.1 Определение скоростей шарниров механизма №1

Для определения скоростей шарниров механизма используем графоаналитический метод.

Определение скорости точки А:

.

Определение скорости точки В:

Определение масштаба плана скоростей:

Определение скорости точки С:

Определение скорости точки K:

Определение скорости точки D:



Все найденные вектора скоростей шарниров механизма представим на соответствующем плане скоростей механизма №1.

3.2 Определение скоростей шарниров механизма №2

Для определения скоростей шарниров механизма используем графоаналитический метод.

Определение скорости точки А:

.

Определение скорости точки В:

Определение масштаба плана скоростей:

Определение скорости точки С:

Определение скорости точки E:

Определение скорости точки F:

Все найденные вектора скоростей шарниров механизма представим на соответствующем плане скоростей механизма №2.

3.3 Определение скоростей шарниров механизма №3

Для определения скоростей шарниров механизма используем графоаналитический метод.

Определение скорости точки А:

.

Определение скорости точки В:

Определение масштаба плана скоростей:

Определение скорости точки С:

Определение скорости точки F:

Определение скорости точки M:

Определение скорости точки D:

Все найденные вектора скоростей шарниров механизма представим на соответствующем плане скоростей механизма №3.

4. Определение угловых скоростей звеньев механизмов

Для определения угловых скоростей звеньев механизма находим значения переносных скоростей данных звеньев графическим методом. Для этого длины векторов переносных скоростей данных звеньев умножаем на значение масштаба плана скоростей. Полученное значение переносной скорости соотносим с заданными длинами звеньев.

4.1 Определение угловых скоростей звеньев механизма №1

Угловая скорость звена АВC (фермы):

.

Угловая скорость звена CK (шатуна):

.

Угловая скорость звена KD (шатуна):

.

Угловая скорость звена DB (шатуна):

.

Угловая скорость звена DF (кривошипа):



.

4.2 Определение угловых скоростей звеньев механизма №2

Угловая скорость звена АВC (фермы):

.

Угловая скорость звена CF (шатуна):

.

Угловая скорость звена FE (шатуна):

.

Угловая скорость звена BE (шатуна):

.

Угловая скорость звена ED (ползуна):

.



4.3 Определение угловых скоростей звеньев механизма №3

Угловая скорость звена АC (кривошипа):

.

Угловая скорость звена CF (шатуна):

.

Угловая скорость звена FM (шатуна):

.

Угловая скорость звена MD (шатуна):

.

Угловая скорость звена DE (кривошипа):

.

5. Определение ускорений шарниров механизмов

5.1 Определение ускорений шарниров механизма №1

Аналогично определению скоростей точек шарниров многозвенного механизма, воспользуемся графоаналитическим методом.

Определение ускорения точки А:

Определение ускорения точки В:

Определение масштаба плана ускорений:

Для определения ускорений шарниров звеньев многозвенного механизма, совершающих плоско-параллельное движение (шатуны, коромысла), воспользуемся теоремой о сложении ускорений при плоскопараллельном движении.

Определение ускорения точки С:

Все найденные вектора ускорений шарниров механизма представим на соответствующем плане ускорений механизма №1.

5.2 Определение ускорений шарниров механизма №2

Аналогично определению скоростей точек шарниров многозвенного механизма, воспользуемся графоаналитическим методом.

Определение ускорения точки А:

Определение ускорения точки В:

Определение масштаба плана ускорений:

Для определения ускорений шарниров звеньев многозвенного механизма, совершающих плоско-параллельное движение (шатуны, коромысла), воспользуемся теоремой о сложении ускорений при плоскопараллельном движении.

Определение ускорения точки С:



Все найденные вектора ускорений шарниров механизма представим на соответствующем плане ускорений механизма №2.

5.3 Определение ускорений шарниров механизма №3

Аналогично определению скоростей точек шарниров многозвенного механизма, воспользуемся графоаналитическим методом.

Определение ускорения точки А:

.

Определение ускорения точки В:

Определение масштаба плана ускорений:

Для определения ускорений шарниров звеньев многозвенного механизма, совершающих плоско-параллельное движение (шатуны, коромысла), воспользуемся теоремой о сложении ускорений при плоскопараллельном движении.

Определение ускорения точки С:

Все найденные вектора ускорений шарниров механизма представим на соответствующем плане ускорений механизма №3.

6. Определение угловых ускорений звеньев механизмов

Для определения угловых ускорений звеньев механизма находим значения касательных ускорений данных звеньев графическим методом. Для этого длины векторов касательных ускорений данных звеньев умножаем на значение масштаба плана ускорений. Полученное значение касательного ускорения соотносим с заданными длинами звеньев.

6.1 Определение угловых ускорений звеньев механизма №1

Угловое ускорение звена АВC (фермы):

.

Угловое ускорение звена CK (шатуна):

Угловое ускорение звена KD (шатуна):

Угловое ускорение звена BD (шатуна):

Угловое ускорение звена DF (кривошипа):



6.2 Определение угловых ускорений звеньев механизма №2

Угловое ускорение звена АВC (фермы):

.

Угловое ускорение звена BE (шатуна):

Угловое ускорение звена EF (шатуна):

Угловое ускорение звена CF (шатуна):

Угловое ускорение звена ED (ползуна):

6.3 Определение угловых ускорений звеньев механизма №3

Угловое ускорение звена AC (кривошипа):

Угловое ускорение звена CF (шатуна):

Угловое ускорение звена FM (шатуна):

Угловое ускорение звена MD (шатуна):

Угловое ускорение звена DE (кривошипа):

Заключение

В данной курсовой работе был проведён структурный и кинематический анализ механизмов, используемых в аварийно-спасательном гидравлическом инструменте. Изучили характеристики механизмов, построили схемы, определили при помощи формулы Чебышева степень подвижности механизмов, а также нашли линейные и угловые ускорения. На основании всей работы можно сказать, что актуальность данной темы очень высока, ведь при помощи ГАСИ специалисты (пожарные и спасатели) взламывают, вскрывают конструкции, спасая при этом людей, которым необходима помощь.



Список использованной литературы

1. Гурин, В.В. Механика: учебник для вузов / В.В.Гурин, В.В.Тихонов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 366 с.

2. Тимофеев, Г.А. Теория механизмов и машин: учебное пособие/ Г.А. Тимофеев. - 2-е изд. Перераб. И доп.- М.: Юрайт, 2011. - 351с.

3. Киселев, В.В. Механика. Контрольные задания (Часть 2): учебно-методическое пособие / А.А. Покровский, В.В. Киселев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2012. - 88 с.

4. Покровский, А.А. Прикладная механика: учебное пособие для самостоятельной подготовки / А.А. Покровский, В.В. Киселев, Д.А.Ульев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2012. - 91 с.

5. Покровский, А.А. Прикладная механика. Кинематика: учебное пособие / А.А. Покровский, В.В. Киселев, В.Е. Иванов, М.А. Ноздрин. - Иваново: ООНИ ЭКО ФГБОУ ВПО Ивановского института ГПС МЧС России, 2014. - 114 с.

6. Покровский, А.А. Сложное движение точки: методические указания и контрольные задания / А.А. Покровский, Д.А. Ульев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2010. - 26 с.

7. Топоров, А.В. Кинематический анализ рычажного механизма: учебно-методическое пособие / А.В. Топоров, Е.А. Топорова, Д.А. Ульев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2011. - 80 с.

8. Топоров, А.В. Динамика точки: учебно-методическое пособие / А.В. Топоров, В.В. Киселев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2011. - 94 с.

9. Топоров, А.В. Произвольная плоская система сил: учебное пособие / А.В.Топоров, В.В.Киселев. - Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2013. - 82 с

10. Семенов, Ю.А. Теория механизмов и машин в примерах и задачах. / Ю.А. Семенов, Н.С. Семенова. - Часть 1: учеб. Пособие. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2015. - 284 с.

11. Теория механизмов и машин: учебник для студ. Учреждений высш. Проф. Образования / М.З. Коловский, А.Н. Евграфов, Ю.А. Семёнов, А.В. Слоущ. - 4-е изд., перераб. - М.: Издательский центр «Академия», 2013. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru

...