Курсовая работа (т): Кинематический, динамический и кинетостатический расчёт механизма поршневого насоса

Кинематический, динамический и кинетостатический расчёт механизма поршневого насоса

Введение

По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надёжных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и, в первую очередь, теории механизмов и машин.

Теория механизмов и машин - наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.

В данном курсовом проекте требуется спроектировать и произвести кинематический, динамический и кинетостатический расчёт механизма поршневого насоса с двойной качающейся кулисой.

Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям - безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала, а также эксплуатационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют собой сложный комплекс задач, которые должны быть решены в процессе проектирования нового механизма.

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

В первом разделе проводится структурный анализ механизма.

Во втором разделе производится метрический анализ и исследуется кинематика кулисного механизма. Строится план механизма, планы скоростей и ускорений, а так же диаграммы перемещений, скоростей и ускорений для выходного звена.

В третьем разделе производится динамический анализ механизма. Строятся графики приведенных моментов и моментов инерции, графики работ и изменения кинетической энергии и определяется момент инерции маховика.

В четвёртом разделе производится силовой анализ рычажного механизма. Определяются силы, действующие на механизм в одном положении. Правильность расчётов производится методом рычага Жуковского.

В пятом разделе проводится синтез кулачкового механизма. Строятся графики ускорений, скоростей и перемещения коромысла кулачка методом графического дифференцирования. Производится динамический синтез кулачкового механизма. Профилируется кулачок.

В шестом разделе производится синтез зубчатого механизма передач и определяется его КПД.

. Структурный анализ механизма

Рассмотрим рычажный механизм поршневого насоса с двойной качающейся кулисой.

Подсчитав число звеньев и число кинематических пар механизма по формуле П.А. Чебышева для плоского механизма, рассчитаем его степень подвижности.

=3n-2p5-p4

где:- число всех подвижных звеньев механизма, n = 5;- количество пар 5 класса,

р5 = 7 (вращательные пары А(0,1), В(1,2), С(0,3), Е(4,5) и поступательные В(2,3), Е(3,4), К(5,0))- количество пар 4 класса, р4 = 0.

Следовательно, ведущее звено может быть только одно. Принимаем за ведущее звено кривошип 1.

Расчленяем механизм на группы Ассура.

Вначале отделяем группу Ассура второго класса, образованную звеньями 4,5 (см. рисунок 1.1), затем группу Ассура второго класса, состоящую из звеньев 2,3 (см. рисунок 1.2).

На этом расчленение механизма закончено.

Оставшийся механизм принято называть нулевым или начальным механизмом, во всех выше указанных отдельных структурных группах (присоединяемых цепей к нулевому механизму) степень подвижности W=0. Простейшие цепи типа 2-3; 5-4 называют нормальными цепями или группами Ассура.

Формула строения механизма будет иметь вид:

По формуле строения механизма видно, что механизм поршневого насоса с двойной качающейся кулисой относится ко второму классу.

Рисунок 1.1- Группа Ассура состоящая из звеньев 4,5 (второй класс, второй порядок, четвёртый вид).

Рисунок 1.2- Группа Ассура состоящая из звеньев 2,3 (второй класс, второй порядок, третий вид).

Рисунок 1.3- Входное звено (механизм первого класса).

2. Метрический синтез и кинематический анализ механизма

.1 Определение длин звеньев

Рисунок 2.1 - схема насоса с двойной качающейся кулисой.

Исходные данные:

Коэффициент изменения средней скорости хода поршня

- K =1,77;

Средняя скорость ползуна

- Vср = 0,71 м/с;

; ; .

Угол качания кулисы:

Ход поршня определяем по формуле:

где  - частота вращения кривошипа АВ;

где .

где  - передаточное число планетарной части редуктора;

 - передаточное число зубчатой передачи .

Таким образом

.

Определяем длину кривошипа 1.

Рассмотрим треугольники .

Из этого треугольника видно, что

.

Таким образом, получим:

;

.

2.2 Построение планов положений механизма

По заданной конструктивной схеме механизма составляем кинематическую схему. Кинематическую схему изображаем в двенадцати положениях - через 30 градусов положения кривошипа AВ. В крайних положениях ось кулисы BC является касательной к траектории центра пальца кривошипа.

Для построения планов выбираем масштабный коэффициент длины:

m l =1/500 = 0,002 м/мм;

Тогда чертёжные размеры рычажного механизма будут равны:

е = АВ = LАВ/ m l =0,1694/0,002 = 84,7 мм;С = LАС/ m l = 0,4/0,002 = 200мм;

СD = LCD/ m l =0,6/0,002 =300 мм;

СF = LCF/ m l =0,217/0,002 = 108,5мм;= 0,5CD = 0,5∙300 = 150мм.’ = 0,5CF = 0,5 ∙ 108,5 = 54,3мм.

Исходя из полученных данных, производим построение планов механизма.

Наносим на чертеже неподвижные элементы кинематических пар А и С, расположенные на одной оси. Затем радиусом AВ проводим окружность - траекторию точки В, на которой на одинаковом расстоянии друг от друга наносим 12 положений точки В. Соединив их отрезками прямых с точкой А, получим соответствующие положения кривошипа. За начало отсчёта принимаем точку В0, которой соответствует крайнее левое положение поршня 5. Нумерацию остальных положений ведём в направлении вращения кривошипа (по часовой стрелке).

Положения звеньев в группах Ассура определяем методом засечек. Положения точек D определяем засечками сделанными из точки C радиусом СD. Положения точек F определяем засечками, сделанными из точки C радиусом СF. Положения точки Е находятся на пересечении прямой CF и горизонтальной прямой проходящей через ось поршня на расстоянии е от оси кинематических пар А и С.     

.3 Построение планов аналогов скоростей звеньев механизма

Для приведения сил и масс потребуются передаточные функции звеньев и центров масс (аналоги скоростей). Для их определения используем графический метод - построение планов аналогов скоростей для всех положений механизма.

Аналог скорости точки А равен

Принимаем масштабный коэффициент аналогов скоростей тогда отрезок, изображающий , равен

Так как и направлена в сторону вращения кривошипа 1, то откладываем отрезок (в соответствующем положении механизма).

Переходим к построению плана аналогов скоростей для группы Ассура ( 2,3). Определим сначала аналог скорости той точки кулисы 3, которая в данном положении механизма совпадает с центром шарнира В. Для этого запишем два векторных уравнения:

{

где  (точка С неподвижна),

Здесь  и  - аналоги относительных скоростей точки В3.

В соответствии с уравнениями (1.1) из точки b проводим направление , а из точки c, которая совпадает с полюсом p, - направление  В точке пересечения этих направлений получаем точку b3.

Точки d,,, е и f на плане аналогов скоростей находим по теореме подобия, т.е. но основании пропорций:

; ;; ;.

Значения отрезков CB, CD, CE, CF берём из плана положений механизма путём измерения.

Рассмотрим, наконец, структурную группу Ассура (4,5). Ползун 5 движется поступательно, поэтому достаточно определить аналог скорости какой-либо одной его точки.

Определим аналог скорости  точки , принадлежащей звену 5. Для этого используем следующие уравнения:

{

Согласно этим уравнениям из точки е проводим прямую, параллельную CF, а из полюса p - горизонтальную прямую. На их пересечении получаем точку Е5.

На основании выполненных построений определяем передаточные функции (аналоги скоростей):

Таблица 2.1 Определение длин отрезков аналогов скоростей.

Таблица 2.2 Определение передаточных функций

2.4 Кинематическое исследование механизма методом диаграмм