Теория механизмов и машин

 

Старооскольский технологический институт (филиал)

Федерального  государственного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

"Национальный  исследовательский технологический  университет

"Московский  государственный институт стали  и сплавов"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

«Теория механизмов и  машин»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Выполнил: студент группы ММО-08-1д

                                                      Горбачёв В.С.

                                    Принял:     Бородина М.Б.

 

 

 

 

 

 

 

г. Старый Оскол 2010 год

 

 

 

Содержание

 

1. Введение................................................................................................................................3

2.Структурный анализ механизма...........................................................................................4

3. Кинетический  анализ механизма.........................................................................................6

4. Кинетостатический  анализ механизма................................................................................9

5. Синтез  кулачкового механизма.........................................................................................12

6. Синтез  зубчатой передачи..................................................................................................13

7. Синтез  основных параметров маховика...........................................................................18

8. Заключение..........................................................................................................................20

    Список литературы.............................................................................................................21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В данном курсовом проекте по дисциплине “Теория машин и механизмов” рассматривается задача о проектировании машины на начальной стадии. Для выполнения этой задачи мной были изучены основные положения теории машин и общие методы кинематического, динамического анализа и синтеза механизмов.

Задача создания машины разбивается  на четыре части. Первая часть структурный и кинематический анализ. Структурный анализ заключается в разложении механизма по группам Ассура, выделение кинематических пар, определение подвижности механизма и название звеньев. Структурный анализ даёт возможность определить порядок и методы кинематического анализа. Кинематический анализ производится для определения скоростей и ускорений шарнирно-рычажного механизма и ведется он с начального звена. В данном курсовом проекте определяются скорости и ускорения точек звеньев двумя способами: графоаналитическим (планы скоростей и ускорений) и графическим (метод диаграмм) способами. Планы скоростей строятся для 12 положений механизма, а планы ускорений для двух положений (рабочего и холостого хода механизма). В кинематическом расчете механизма строится годограф для одной точки принадлежащей механизму.

Задачи кинематики связаны с  задачами кинетостатического анализа. Кинетостатический анализ производится в последовательности, обратной порядку кинематического исследования, т.е. начиная с последней, считая от ведущего звена, ассуровой группы и кончая расчетом ведущего звена. Кинетостатический расчет дает возможность определить реакции в кинематических парах, уравновешивающий момент или уравновешивающую силу на ведущем звене. Для контроля правильности графических построений по определению величины уравновешивающей силы, произведенной методом сил, определяется величина этой силы по методу  Н. Е. Жуковского. Эти усилия необходимы при расчете на прочность и определение их рациональных конструктивных форм.

Третья задача курсового проекта  – исследование привода механизма. Нужно определить по заданному передаточному отношению числа зубьев рядного соединения колес и планетарного соосного редуктора. Рассчитать основные параметры зубчатого зацепления, также графоаналитическим путем определяем передаточное число и скорости точек редуктора.

Проект заканчивается определением момента инерции и геометрических параметров маховика по заданному коэффициенту неравномерности движения механизма. Этот расчет основывается на определении петли Виттенбауэра, поэтому необходимо определить приведенный момент для 12 положений механизма с помощью метода Жуковского и приведенный момент инерции механизма так же для 12 положений. Расчет приведенных моментов производится без учета сил инерции, т.к. в курсовом проекте наш механизм считается тихоходны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурный анализ механизма.

 

«Кулисный механизм поперечно-строгального станка»

 

 

 

 

 

 

 

, м	, м	, м	, м	, об/мин	, кг	, кг	, кг	, кг	, кг	,		, град.	, град.	, мм	, град.	, град.	, град.	, м
0.109	0,7	0,19	0.30	25	8	4	22	10	75	0,18	1/35	25	45	150	90	30	90	0.72

 

 

Приступая к выполнению проекта  по теории машин и механизмов, следует  прежде всего по заданной кинематической схеме представить себе, как должна работать проектируемая машина. Для этого нужно предварительно выяснить, сколько звеньев имеется в механизме и каким образом они между собой соединены, т.е. классификация кинематических пар. В данном курсовом проекте предлагается исследовать плоский механизм, поэтому  кинематические пары могут налагать по две, либо по одной связи на относительное движение звеньев, образующих кинематические пары. К первому типу относятся низшие пары: вращательная (цилиндрический шарнир) и поступательная (ползун в направляющих); ко второму – высшие пары: сопрягающиеся профили зубьев, кулачёк-толкатель.

Структурный анализ заключается в  расположении механизма по группам  Ассура, выделение кинематических пар, определение подвижности механизма и название звеньев. Кинематический анализ производится для определения скоростей и ускорений поперечно-строгального станка и ведется он с начального звена. В кинематическом расчете механизма строится годограф для одной точки.

0 – стойка, 1- кривошип, 2 – куличный камень, 3 – кулиса, 4 – шатун, 5 ползун.

Ведущее звено – кривошип (1).

Имеем следующие кинематические пары: 0-1, 1-2, 2-3, 3-4, 0-3, 0-5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кинематический  анализ механизма.

 

Задачи кинематического исследования механизма состоит в определении:

1. положение механизма в различный момент времени;
2. траекторий отдельных точек механизма;
3. величины и направления линейных скоростей и ускорений точек, угловых скоростей ускорений звеньев.

Определение перечисленных кинематических характеристик производится в пределах одного периода (цикла) установившегося движения механизма для 12 положений (план скоростей) и для 2положений план ускорений, что дает возможность с достаточным приближением решить поставленную задачу в целом.

Кинематическое исследование механизма производится  в предложении, что ведущее звено вращается с постоянной угловой скоростью, несмотря на то, что в действительности угловая скорость вращения кривошипа не является постоянной. Такое допущение делается ввиду небольшого расхождения между средней угловой скоростью и действительной угловой скоростью кривошипа, а также технически облегчает построение планов ускорений.

1) Чертим кинематическую схему для 12 положений.

Графическим методом определяем положение  всех звеньев механизма за цикл работы. Кулиса (3) соединена с ползуном (5) в точке В, которая перемещается вдоль звена 5. Если кривошип (1) будет двигаться с постоянной угловой скоростью, то точка А будет последовательно занимать положения , а точка В будет занимать последовательно положения , это и определяет характер движения как звена 3 так и звена 4.

Строим диаграмму перемещений. Для этого измеряем перемещение  точки В на кинематической схеме и учитываем масштаб откладываем на диаграмме. Полученные точки соединяем плавной кривой линией, это и будет диаграмма перемещений. Перемещение точки В заносим в таблицу 1:

 

Таблица 1.

№ точ.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
S, мм	6	22	46	73	103	131	149	144	106	49	8	0

 

2) План скоростей для 3 положения.

 

Запишем систему векторных уравнений  для определения скорости т. В

    Скорость направлено || и равна 32 мм.

    Скорость т. В относительно т. А направлено || АВ

    - это скорость стойки, поэтому равна 0,

    Относительная скорость направлено ОВ

Из конца вектора  проводим (только направление). Т.к. =0 то из полюса проводим (только направление). Пересечение этих прямых даст точку В. Скорость и связаны непосредственно, т.к. является жестким, то = (численно), а угол между векторами скоростей равны , т.е. . Поэтому поворачиваем на и получаем .

Построив планы скоростей, определяем все скорости звеньев, относительные и точки K=1/6BC

Определяем абсолютные скорости центров  тяжести (из плана скоростей)

Определяем угловые скорости всех звеньев

Определяем нормальные ускорения звеньев 

Подсчитанные значения запишем  в таблицу 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19	0,19
	0	0,26	0,32	0,39	0,41	0,42	0,31	0,12	0,12	0,19	0,23	0,21
	0	0,14	0,24	0,31	0,33	0,30	0,26	0,078	0,23	0,30	0,31	0,23
	0	0,019	0,021	0,010	0,005	0,017	0,021	0,008	0,021	0,032	0,020	0,032
	0	0,16	0,12	0,053	0,022	0,093	0,16	0,19	0,18	0, 059	0,022	0,16
	0	0,099	0,16	0,19	0,18	0,16	0,11	0,028	0,062	0,105	0,093	0,19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кинетостатический анализ механизма.

 

В теории механизмов и машин широкое  применение получил метод силового расчета механизмов. Этот метод основан  на принципе Даланбера. Если к точкам несвободной системы вместе с задаваемыми силами приложить силы инерции, то совокупность этих сил уравновешивается реакциями связей. Этот прием, несмотря на свою условность, обладает тем важным для практики преимуществом, что позволяет свести решение задач динамики к задачам статики.

Кинематический метод расчета  позволяет находить реакции в кинематических парах, а так же находить уравновешивающую силу или уравновешивающий момент пары сил. Силовой расчет механизмов будем вести в предложении, что трение в кинематических парах отсутствует и все силы, действующие на звенья механизма, расположены в одной плоскости. При отсутствии сил трения сила взаимодействия между двумя звеньями всегда направлена по нормали к поверхности их касания. В поступательной паре все элементарные силы взаимодействия и их равнодействующая будут расположены перпендикулярно направляющей поступательной пары.

Наиболее удобный метод силового расчета механизмов является метод  сил. При силовом расчете механизм разбивается на отдельные группы (группы Асура) при этом силовой расчет начинается с группы, присоединенной последней в процессе образования механизма и заканчивается расчетом ведущего звена. К рассматриваемой группе в центре тяжести звена прикладываются силы тяжести, сила инерции и момент инерции. Неизвестные реакции в кинематических парах определяем графическим способом.

Для контроля правильности графических  построений по определению величины уравновешивающей силы, произведены методом сил, определяется величина этой силы по методу Н. Е. Жуковского. Теорема Жуковского может быть сформулирована так. Если какой-либо механизм под системы сил, приложенных к этому механизму, находится в равновесии, то повернутый на план скоростей механизма, рассматриваемый как твердое тело, вращающееся вокруг полюса плана и нагруженного теми же силами, приложенных в соответствующих изображаемых точках плана, также находится в равновесии. Теорему Жуковского можно применить к системе, не находящейся в равновесии, для этого достаточно, кроме действующих сил, приложить и силы инерции. Получающаяся система сил условно находится в равновесии.

При решении задачи кинетостатический закон движения ведущего звена и массы звеньев являются заданными. Силы инерций и момент инерций высчитываются, ускорения центров тяжести звеньев берем из плана ускорений.