Кинематический анализ механизма методом планов положений скоростей и ускорений

Федеральное агентство по образованию

Орскийгуманитарно – технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

 

Кафедра «Общепрофессиональных дисциплин»

Механико – технологический факультет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

«Исследование механизма вытяжного пресса»

 

По дисциплине «Теория механизмов и машин»

ОГТИ 151001.44.09.10.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель:____________Подоляк Н.Я.

Исполнитель:____________  

Подсобляев А.В

Студент 3-го курса,

 группы 07ТМ-31

 

 

 

 

 

 

Орск 2009

 

 

 

Содержание

 

Задание ………………………………………………………………………………….2

Введение ……..…………………………………………………………………………4

1. Структурный анализ механизма  ……………………………………………………5

2. Кинематический анализ механизма  методом планов положений скоростей  и ускорений ………………………………………………………………………………6

3. Силовой расчет механизма ………………………………………………………..11

3.1 Определение главных векторов  и главных моментов сил инерции  ………..14

3.2 Кинетостатический силовой расчет  механизма ……………………………..15

Список используемой литературы …………………………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В теории механизмов изучают свойства отдельных типовых механизмов, применяемых в самых различных машинах, приборах и устройствах. Рассматривается общая теория образования механизмов как совокупность связанных между собой тел, обладающих различными формами движения. Изучаются кинематические и динамические характеристики механизмов в зависимости от их геометрических параметров и действующих на механизм сил.

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

а) структурный и кинематический анализ;

б) динамический анализ; 

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

Динамический анализ механизмов имеет своей целью изучение методов определения сил, действующих на тела, образующие механизм, во время движения 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.

В данной расчетно-графической работе разработаны следующие вопросы:

1. Структурный анализ механизма;
2. Кинематический анализ механизма методом планов положений скоростей и ускорений;
3. Силовой расчет механизма
1. Определение главных векторов и главных моментов сил инерции;
2. Кинетостатический силовой расчет механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Структурный анализ  механизма

 

Рассмотрим структурную схему вытяжного пресса. Вытяжной пресс – вертикальный кривошипный пресс, предназначенный для выполнения операций неглубокой вытяжки с малым рабочим ходом. Рычажный механизм станка состоит из кривошипа 1, шатуна 2, кулисы 3 вращающейся относительно оси, шатуна 4 и ползуна 5. Ползун 5 совершает возвратно-поступательное движение по вертикальным направляющим стойки. Вытяжка (рабочий ход) осуществляется при движении ползуна вниз, навстречу заданной силе сопротивления F.

Число подвижных звеньев n=5.

Число кинематических пар пятого класса (низших) р5=[0-1; 1-2; 2-3; 3-0; 3-4; 4-5; 5-0]=7.

Число кинематических пар четвертого класса (высших) р4=0.

Определим число степеней свободы механизма по формуле Чебышева:

W=3n-2p5-p4=3∙5-2∙7-0=1

Рисунок 1 Схема механизма вытяжного пресса

0– стойка; 1– кривошип; 2 – ползун; 3 – кулиса; 4 – шатун; 5 - ползун

0-1вращательная кинематическая пара;

1-2 вращательная  кинематическая пара;

2-3 вращательная  кинематическая пара;

3-0 вращательная  кинематическая пара;

3-4 вращательная  кинематическая пара;

4-5 вращательная  кинематическая пара;

5-0 поступательная  кинематическая пара.

 

 

Механизм имеет одну степень свободы, и значит, в нем должно быть одно начальное звено. За начальное звено принимаем кривошип 1, движение которого задано, на котором требуется определить уравновешивающую силу.

Последовательность образования механизма по Ассуру.

Возможными поводками (звеньями) для присоединения групп Ассура к начальному звену и стойке являются звенья: 2, 3, 5 (звенья, образующие кинематические пары со звеньями 1 и 0). Из них звенья 2 и 3 , соединенные между собой, образуют двухповодковую группу Ассура 1 вида (ВВВ). В этой группе внешние кинематические пары, которыми звенья группы присоединяются к начальному звену и стойке вращательные: (1 – 2) и (3 – 0), внутренняя кинематическая пара, которая соединяет между собой звенья 2 и 3 – также вращательная (2 – 3). Присоединив 2ПГ Ассура 1 вида к начальному звену 1 и стойке 0 , получим промежуточный механизм – 0, 1, 2, 3.

По отношению к промежуточному механизму поводками будут звенья 5 и 4 (образующие кинематические пары со звеньями промежуточного механизма). Звенья 4 и 5 образуют двухповодковую группу Ассура 2 вида (ВВП). В ней внешние кинематические пары: вращательная (3 – 4) и поступательная (5 – 0), внутренняя кинематическая пара – вращательная (4–5).

Таким образом, механизм вытяжного пресса образован последовательным присоединением к начальному звену 1 и стойке 0 двух двухповодковых групп Ассура - сначала 2ПГ 1 вида, а затем 2ПГ 2 вида.

 

 

 

2 Кинематический анализ  механизма методом планов положений  скоростей и ускорений

 

Определение скоростей и точек звеньев

Угловая скорость кривошипа АВ ω1=ωном=8 рад/с.

Модуль вектора скорости точки В

 

υB=ωНОМ∙lAB

 

υB=8∙0,11=0,88 м/с

 

Масштабный коэффициент скорости

 

 

 

Длина вектора скорости точки В на плане скоростей

 

 

=88 мм

 

Вектор скорости точки С

 

 

Ориентация векторов

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор скорости точки F

 

Ориентация векторов

⊥EF

 

Для определения скоростей точек и звеньев составляю следующие уравнения скоростей

 

 

 

 

Представляю векторное уравнение в графическом виде. Для этого строю план скоростей в масштабе

 

Рисунок 2. План механизма (в масштабе длин Мv)

 

Рисунок 3. План скоростей

 

Значения скоростей представлены в таблице 1. (v - м/с, ω- с-1)

Таблица 1.

ω1	v В	v СВ	v С	v Е	v FE	v F	ω2	ω3	ω4
8	0,88	0,69	0,33	0,836	0,21	0,98	2,3	2,79	1,75

 

Угловые скорости точек звеньев механизма

 

 

 

 

 

 

 

Определение ускорений  и точек звеньев

Ускорение точки В

 

 

 

 

 

Масштабный коэффициент ускорения

 

 

 

Рисунок 4. План ускорений

 

Длина вектора ускорения точки В на плане ускорений

 

 

 

Направление вектора ускорения точки В // АВ от точки В к точке А.

Векторные уравнения для определения ускорения точки С

 

 

 

 

 

Вектор направлен // ВС от точки С к точке В.

Вектор направлен // CD от точки С к точке D.

Нормальные составляющие относительных  ускорений:

 

 

 

 

 

Ориентация векторов

Из плана ускорений  узнаем pac = 42 мм

 

 

 

 

Векторное уравнение для определения ускорения точки F

 

 

 

Нормальная составляющая относительного ускорения

 

 

 

Вектор направлен // EF от точки F к точке E.

Ориентация векторов

Значения ускорений представлены в таблице 2. (а - м/с2, ε- с-1)

Таблица 2.

ε1	аВ										ε2	ε3	ε4
-0,15	7,04	7,935	2,2	11,675	7,9	8,4	21,28	0,074	5,6	16,5	6,3	26,3	46,7

 

Угловые ускорения точек звеньев механизма

 

 

 

 

 

 

Определение приведённого момента инерции механизма

Для данного положения механизма приведённый момент инерции находим по формуле

 

 

 

где – номер положения;

 – масса соответствующего  звена;

 – скорость центра  тяжести звена;

 – угловая скорость;

 – момент инерции  звена.

Полученные значения сводим в таблицу3.

Таблица 3.

№	φ,˚	Jпр, кг·м2
1 2	0,360 60	3,78 3,565

 

Определение приведённого момента сил сопротивления

Приведённый момент сил сопротивления

 

 

где - приведённый момент сил тяжести,

 

,  

здесь - сила тяжести звена;

- номер  положения;

- скорость  центра тяжести звена;

- угол  между силой тяжести звена  и центра тяжести звена

В нашем случае имеем

 

 

где - момент от нагрузки, значение Рвыт= 550 кН

 

Мпрнагр=

Полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

	0	60
	88,47	-46,93
	0	0

 

 

 

 

 

 

 

Определение работы сил движущих и сил сопротивления

 

Ас=

,кДж

 В нашем случае имеем

 

,

 

где – номер положения;

∆φ – приращение угла;

- приведённый  момент сил сопротивления;

- работа  сил сопротивления ;

радиан

Полагаем, что момент сил движущих, есть величина постоянная (const)

 

 

 

 

 

 

где - приведённый момент сил движущих;

- работа  сил движущих;

- изменение  угла поворота.

Изменение кинетической энергии определяется по формуле

 

, кДж

 

Значения работы сил сопротивления, работы сил движущих, изменения кинетической энергии для положения механизма 600.

 

Определение момента инерции маховика

Момент инерции маховикаравен

 

 

 
где - максимальный момент инерции

 

 

 
где δ – неравномерность хода;

∆ - изменение приведённого момента инерции;

 

 

 

 

∆Т’ - изменение кинетической энергии;

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Силовой расчет механизма

 

Определение истинного закона движения механизма.

Для определения истинного закона движения рассмотрим дифференциальное уравнение движения, которое имеет следующий вид:

 

 

где - приведённый момент сил сопротивления;

- момент  сил движущих;

- момент  инерции;

- изменение  момента инерции от угла поворота;

 

 

 

Полученные значения производной сведём в таблицу 5.

Таблица 5. Значения производной приведённого момента инерции