Курсовая работа (т): Исследование кривошипно-ползунного механизма

Исследование кривошипно-ползунного механизма

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Тихоокеанский государственный университет”

Кафедра: “Детали машин ”

Исследование кривошипно-ползунного механизма

Курсовая работа по теории механизмов и машин

Выполнила: студентка группы КТ-31

Ринчинова С.В

Руководитель работы: доцент

Водопьянов А.Ф

Хабаровск 2015 г.

Содержание

1. ИССЛЕДОВАНИЕ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА

.1 Структурный анализ рычажного механизма

.1.1 Определение степени подвижности механизма

.1.2 Определение класса механизма

.2 Кинематический анализ механизма

.2.1 Анализ характера движения звеньев

.2.2 Построение плана положений механизма

.2.3.Анализ движения входного звена

.2.4. Вывод зависимостей для расчета кинематических параметров

.2.5 Расчет кинематических параметров

.2.6 Графическое оформление расчетов и анализ движения выходного звена

.3 Анализ динамики установившегося движения

.3.1 Формирование динамической модели машины

.3.1.1 Определение избыточного момента

.3.1.2 Определение приведенного момента инерции

.3.2 Расчет коэффициента неравномерности хода машины без маховика

.3.3 Расчет маховика

.3.4 Определение истинных скоростей и ускорений

.4 Силовой анализ механизма

.4.1 Расчёт сил, действующих на звенья

.4.2 Кинетостатика групп Ассура

.4.3 Кинетостатика входного звена

Заключение

Список литературы

Введение

Теория механизмов есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Проблемы теории механизмов могут быть разбиты на две группы. Первая группа проблем посвящена исследованию структурных, кинематических и динамических свойств механизмов, т.е. анализу механизмов.

Вторая группа проблем посвящена проектированию механизмов с заданными структурными, кинематическими и динамическими свойствами для осуществления требуемых движений, т.е. синтезу механизмов.

Движение механизмов зависит от их строения и сил, на них действующих. поэтому удобно при избежании теории механизмов, проблемы анализа механизмов разбить на две части:

А) структурный и кинематический анализ;

Б) динамический анализ механизмов.

Структурный и динамический анализы механизмов имеют своей целью изучение теории строения механизмов, исследование движения тел, их образующих, с геометрической точки зрения, независимо от сил, вызывающих движение этих тел.

Динамический анализ механизмов имеет собой целью изучение методов определения сил, действующих на тела, образующие механизм, во время движения этих тел, и изучение взаимосвязи между движениями этих тел, силами на них действующими, и массами, которыми обладают эти тела.

Проблемы синтеза механизмов удобно излагать по видам механизмов поэтому задачей синтеза является проектирование механизма предварительно выбранной структуры по заданным кинематическим и динамическим условиям.

Курсовой проект, включает в себя исследование кривошипно-ползунного механизма.

Исследование кривошипно- ползунного механизма составляет наибольший по объёму раздел курсового проекта по теории механизмов и машин и включает четыре этапа:

)        Структурный анализ

)        Кинематический анализ

)        Анализ динамики установившегося движения

)        Кинестатический расчет .

Кинестатический расчет невозможно сделать точно без учета динамических явлений в машине, а динамику движения невозможно без предварительного исследования кинематики. Следовательно, необходимо решать задачи структуры, кинематики, динамики движения и кинетостатики.

1. Исследование механизма

Задачи:

1.    Структурный анализ.

2.      Кинематический анализ.

.        Анализ динамики установившегося движения.

.        Кинетостатический анализ.

Таблица 1

Параметры механизма

1.1 Структурный анализ

Условную схему механизма можно представить в следующем виде:

Рис.1

Задачи:

1.    Составление таблицы звеньев и кинетических пар.

2.      Определение степени подвижности.

.        Определение класса механизма.

Допущения:

. Звенья считаем абсолютно жесткими.

. Трением в кинематических парах пренебрегаем.

. Зазоры в кинематических парах отсутствуют.

Составление таблицы звеньев и кинематических пар.

По рис.1 O - стойка, 1 - кривошип, 2- шатун, 3 - ползун.

.1.1 Определение степени подвижности механизма

Так как данный механизм является плоским рычажным, его степень подвижности W можно определить по формуле П.Л. Чебышева.

W=3n-2p5

n - число подвижных звеньев

p5 - число вращательных и поступательных пар (пятого класса)

В таблице 2 показаны все кинематические пары.

Таблица 2

Кинематические пары

=3·3-2·4=1

Вывод: мы имеем простой рычажный механизм со степенью подвижности равной единице (W=1) и входным звеном назначаем звено 1.

1.1.2 Определение класса механизма

Определить класс механизма можно по методу Ассура-Артаболевского.

Исследуемый механизм состоит из механизма первого класса и группы Ассура (кинематическая цепь с нулевой степенью подвижности) второго класса.

Формула механизма:

Вывод: на основании данной формулы заключаем, что исследуемый механизм (рис 1) второго класса, так как в его составе нет группы выше второго класса.

.2 Кинематический анализ механизма

механизм ход неравномерность маховик

Задачи:

1.    Анализ характера движения звеньев.

2.      Построение плана положений механизма.

.        Вывод зависимостей для расчета кинематических параметров.

.        Расчет кинематических параметров.

.        Графическое оформление расчетов и анализ движения выходного звена.

Задача: исследование движения механизма в геометрическом аспекте, без учета причин, его вызывающих.

Исследование кривошипно-ползунных механизмов удобно проводить методом векторных контуров, разработанным профессором В.А. Зиновьевым.

В этом методе связи в механизме, определяются как характером кинематических пар, так и размерами звеньев, выражаются в форме условий замкнутости векторных контуров, построенных на базе кинематической схемы механизма. В скалярной форме соответствующие зависимости получаем, проектируя контуры на оси координат. (Допущение: звенья механизма представляют собой абсолютно твердые тела)

1.2.1 Анализ движения звеньев

В данном пункте мы установим характер движения каждого звена, ведь каждое движение звена можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движения

Рис.4 Рычажный механизм

-        Кривошип, совершающий вращательное движение вокруг неподвижной оси, проходящий через ось 0. Характер движения этого звена описывается углом φ. Точка А движется по окружности.

-        Шатун, совершает сложное плоскопараллельное движение. Это значит, что он вращается и перемещается поступательно. Движение данного звена описывается углом φ. Это угол поворота звена относительно оси Х. Положение точки А, в данном случае определяется положением кривошипа, точка В движется поступательно.

-        Ползун совершает поступательное движение по прямой линии. Положение звена описывается перемещением точки В.

1.2.2.0 Анализ движения входного звена

Рис.5 Входное звено.

На рис.5 изображено входное звено кривошип, который в данном варианте отклонён на угол φ.

Проектируем данный кривошип на координатные оси:

 =

Чтобы найти аналог скорости мы должны продифференцировать предыдущее выражение. Это будет выглядеть так:

Далее находим аналог ускорений, для этого дифференцируем предыдущее выражение. Следовательно:

.2.2 Построение плана положений механизма

Метод решения данной задачи - графический. План положений механизма строим на первом листе с масштабным коэффициентом равным:

Определяем размеры других звеньев на чертеже:

За начальное положение механизма принимаем угловое положение входного звена равное:  1,45050644 (рад)

Данная точка, это начальное положение механизма, теперь через каждые 30 градусов, от этого угла, откладываем остальные положения.

В итоге для лучшего анализа механизма принимаем первое угловое положение входного звена. (=1,047197551 рад)

Значения остальных углов в радианах приведены в следующей таблице:

Таблица 3

.2.3 Вывод зависимостей для расчета кинематических параметров

Необходимые характеристики найдем, воспользовавшись методом векторных контуров. Из векторного контура (рис. 6) можем найти φ2 (угол поворота) и положение ползуна В.

Рис.6

Запишем уравнение замкнутости контура ОАВ:

, или

В скалярном виде получим:

      (1)

       (2)

Из уравнений (1) и (2) выражаем и находим и :

 (3)

 (4)

Запишем уравнение:

В скалярном виде получим:

 (5)

 (6)

Спроецируем данные векторы на координатные оси X и Y и подставим выражения (1) и (2) :

(1) (7)

(1) (8)

Далее в выражение  подставим уравнения (5) и (6):