Анотація
У даному курсовому проекті проводиться аналіз механізму насоса.
У курсовому проекті представлені наступні розділи: структурний і кінематичний аналізи, силовий і динамічний аналізи механізму насоса, кінематичний аналіз кулачкового механізму і кінематичний аналіз складного зубчастого механізму.
Курсовий проект складається з пояснювальної записки та графічної частини. У пояснювальній записці були детально описані методи побудови планів швидкостей, прискорень, діаграм для всіх розділів.
До складу графічної частини входять 5 креслень:
1. Кінематичний аналіз механізму насоса (формат А1);
Кінематичний аналіз кулачкового механізму
(Формат А2);
Кінематичний аналіз складного зубчастого механізму, (формат А2):
Силовий аналіз механізму насоса (формат А1):
Динамічний аналіз механізму. Підбір маховика. (Формат А1).
Пояснювальна записка і креслення були виконані згідно всіх ГОСТів.
Зміст
Введення
1. Структурний та кінематичний аналіз головного механізму
1.1 Структурний аналіз механізму
1.2 Кінематичний аналіз графоаналітичним методом (методом планів)
1.2.1 Побудова плану положень механізму
1.2.2 Побудова планів швидкостей
1.2.3 Побудова планів прискоренні
1.3 Кінематичний аналіз методом побудови діаграм
1.4 Порівняння результатів кінематичного дослідження, виконаного графічним і графоаналітичним методами.
2. Синтез кулачкового механізму
Вихідні дані
Побудова кінематичних діаграм
Визначення кута тиску
3. Кінематичний аналіз складного зубчастого механізму
3.1 Аналітичний метод
Графічний метод аналізу
4. Силовий аналіз головного механізму
4.1 Визначення зовнішніх сил і сил інерції
4.1.1 Визначаємо масу ланок і їх вага
4.1.2 Визначаємо сили і моменти інерції
4.1.3 Визначаємо результуючі сили
4.2 Силовий аналіз без урахування сил тертя
4.2.1 Силовий аналіз групи асирійця ланок 2 і 3
4.2.2 Силовий аналіз початкового механізму
4.3 Перевірка по теоремі Жуковського
4.4 Силовий аналіз механізму з урахуванням сил тертя
5. Динамічний аналіз механізму
5.1 Основні завдання динамічного аналізу
5.2 Визначаємо наведені моменти сил опору
5.3 Визначення роботи сил опору і роботи рушійних сил
5.4 Рішення рівняння руху машинного агрегату
5.5 Визначення приведеного моменту інерції
5.6 Визначення моменту інерції маховика за методом Вітенбауера
5.7 Визначення геометричних розмірів маховика
5.8 Визначення кутової швидкості після установки маховика
Список використаної літератури
Введення
Теорія механізмів і машин (ТММ) є однією з основних машинобудівних дисциплін. Вона присвячена вивченню основних методів вивчення механізмів і машин та проектування їх схем.
До основних питань, які вивчає ТММ, відносяться:
- Вивчення будови (структури) механізмів;
- Визначення положень механізмів і траєкторій, опісуемого окремими точками;
- Визначення швидкостей і прискорень окремих точок;
- Аналіз та проектування різних механізмів (зубчастих, кулачковий);
- Визначення різних сил (зовнішніх, реакцій, тертя, інерції), що діють на механізм;
- Вивчення енергетичного балансу машин (к.к.д.);
- Вивчення дійсного закону руху машин під дією заданих сил;
- Вивчення способів регулювання швидкості ходу машини;
- Вивчення способів урівноваження сил інерції в машинах і т. д.
Щодо цих питань теорія механізмів і машин це наука, яка вивчає будову, кінематику і динаміку механізмів і машин.
Механізми, які входять до складу машини, різні. За функціональним призначенням механізми машини діляться на такі види:
а) механізми двигунів і перетворювачів:
механізми двигунів виконують перетворення різних видів енергії в механічну роботу; механізми перетворювачів виконують перетворення механічної роботи в інші види роботи;
б) передавальні механізми, які виконують передачу руху від двигуна до технологічної машини або робочого органу;
в) робочі механізми, які безпосередньо впливають на оброблювану середу або об'єкт;
г) механізми управління, контролю і регулювання, виконуючи управління технологічним процесом, контроль тощо;
д) механізми автоматичного обліку, зважені й упаковування, встановлені в машинах, які випускають масову штучну продукцію.
Академік І. І. Артоболевський, класіфіціруя механізми різного призначення, розділив їх по структурним ознаками на такі види: ваги, зубчасті, черв'ячні, фрикційні, кулачкові, гвинт-гайка та інших, окремо комбенірованние.
Механізми бивають плоскі і просторові. В основному застосовують плоскі механізми, всі крапки яких рухаються в одній або декількох паралельних площинах.
Зубчасті механізми використовуються для зміни параметрів обертального руху, а також для перетворення обертального руху в прямолінійний.
Черв'ячні передачі застосовують при необхідності передачі руху між валами, які перетинаються.
Фрикційні механізми використовуються в основному для тих же цілей, що і зубчасті, але вони відрізняються тим, що рух передається в них силами зчеплення (тертя) робочих поверхонь, притиснуті один до одного.
Кулачкові механізми призначені для перетворення руху кулачка в заданої рух штовхача. У загальному випадку як кулачок, так і штовхач можуть виконувати прямолінійні, обертальні або складний рух.
Механмзми гвинт-гайка перетворюють обертовий рух у прямолінійний і навпаки.
Комбіновані механізми, які включають в різні з'єднання механізмів, розглянуті вище, мають широку можливість для виконання різних видів руху.
1. Структурний та кінематичний аналіз головного механізму
Вихідними даними є:
Кутова швидкість кривошипа ω, с -1 1914
Погонна одиниця маси q, кг / м 12
Коефіцієнт У (F - В * S), Н / м 7000
Коефіцієнт с (m 3 = c * m 2) 3,5
Довжина кривошипа О А, мм 90
Довжина шатунів АВ, мм 520
Нерівномірність ходу δ 1 / 8
Ексцентриситет е, мм 26
1.1 Структурний аналіз механізму
Визначаю ступінь рухливості механізму, що складається з трьох ланок.
W = 3 · (n - 1) - 2 · p 5 - p 4
де: n - кількість ланок; p 5 - кількість нижчих пар; p 4 - кількість вищих пар.
N = 4; p 5 = 4; p 4 = 0
W = 3 · (4 - 1) - 2.4 - 0 = 1
Ступінь рухливості механізму W = 1
Механізм складається з 4 ланок:
1-кривошип О А;
2-шатун АВ;
3 - повзун В;
4-стійка.
Ланки 1-3-рухливі, 4 - нерухоме ланка.
На рис.1 зображено структурну схему механізму з розбивкою на групи Ашшуровими, і початковий механізм.
Рис.1. Структурна схема механізму.
Структурна схема наочно показує, що механізм складається з початкового механізму 1 класу (стійка 4 і кривошип 1) і однієї групи асирійця (шатун 2 і повзун 3).
Структурна формула механізму: I (4-1) → II (2-3)
Механізм відноситься до механізмів II класу за класифікацією І.І. Артоболевського.
1.2 Кінематичний аналіз графоаналітичним методом (методом планів)
1.2.1 Побудова плану положень механізму
На аркуші формату А. 1 зображуємо в масштабі μ s = 0,0025 м / мм план положень механізму. План будуємо в такій послідовності. Вибираємо довільно точку О і з неї описуємо коло радіуса ОА. Вертикально вниз від точки О відкладаємо величину е і проводимо горизонтальну лінію. Це буде лінія руху повзуна В. Знайдемо початкове положення точки В (У):
ОВ 0 = АВ-АТ = 520-90 = 430 мм
ЕВ 0 =
З'єднаємо точку В 0 з точкою О і продовжимо до перетину з колом, отримуємо точку А о. Від точки А про в напрямку обертання кривошипа ОА розбиваємо коло на 12 рівних частин, через кожні 30 градусів, проставляючи при цьому послідовно точки Ао, А 1 А 2 і т.д. Поєднавши отримані точки з центром кола О, отримаємо 12 положень кривошипа ОА. Точка В належить шатуна АВ і повзуну В і рухається поступально по напрямній, тому для побудови плану положень ланки АВ з кожної точки А розчином циркуля, рівним довжині шатуна АВ у прийнятому масштабі, робимо засічки на напрямній, отримуючи точки Во, В 1 В 2 і т.д., які послідовно з'єднуємо з точками Ао, A 1 і ін.
1.2.2 Побудова планів швидкостей
Плани швидкостей будуються по векторних рівнянь, які складаються окремо для кожної групи асирійця в порядку приєднання їх до ведучого ланці. Для провідної ланки ОА визначаємо величину швидкості точки А:
V A = ω 1 · L ОА
V A = 14 ∙ 0,09 = 1,26 м / с
μ V = V A / [P A] = 1,26 / 45 = 0,028 м / с / мм
Вектор V A перпендикулярний радіусу, тобто відрізку ОА, і спрямований у бік, яка визначається напрямом ω 1.
З довільної точки Р, званої полюсом плану швидкостей, відкладаємо у вказаному напрямку відрізок [ра] довжиною 45 мм.
Складаємо векторне рівняння, за яким визначимо швидкість точки В, що належить шатуна АВ і повзуну У
V В = V A + V ВA
Швидкість точки А відома, швидкість відносного обертання точки В навколо точки А перпендикулярна радіусу обертання відрізку АВ і визначається за формулою:
V ВА = ω ВA · L ВA
Швидкість точки В спрямована вздовж напрямної. Таким чином, отримуємо векторне рівняння, в якому два вектори відомі у напрямку, але невідомі за величиною, а третій вектор відомий і за величиною, і за напрямком. Вирішуючи це векторне рівняння графічним способом, отримаємо план швидкостей для групи асирійця, що складається з ланок 2 і 3. Відповідно з векторним рівнянням через кінець вектора V A (крапку а) проводимо напрям вектора V ВА перпендикулярне ВА, а через полюс р-напрям вектора V В, паралельне направляє. На перетині цих напрямків поставимо крапку b, а відрізки [аb] і [Рb] в масштабі будуть представляти швидкості V ВА і V В. Для визначення їх величини достатньо на плані виміряти відповідні відрізки і помножити їх на масштабний коефіцієнт μ v.
V ВA = [ab] · μ v = 45 · 0,028 = 1,26 м / с
V В = [pb] · μ v = 0 м / с
Користуючись побудованим планом швидкостей, можна визначити кутову швидкість ω ВА за формулою:
ω ВА = V ВA / L AВ = 1,26 / 0,52 = 2,42 рад / с
Для визначення напрямку ω ВА переносимо вектор V ВA в точку В механізму і розглядаємо рух цієї точки відносно точки А по напрямку швидкості V ВА.
Викладеним вище способом будуємо плани швидкостей для інших 11 положень.
Результати побудови заносимо в таблицю 1.
1.2.3 Побудова планів прискорень
Визначаємо прискорення точки А. Так як кривошип за умовою рухається рівномірно (кутове прискорення дорівнює нулю), то прискорення точки А складається тільки з нормальної складової, яка дорівнює:
а А = а А n = ω 2 · L ОА
а А = 14 2 · 0,09 = 17,64 м / с 2
Вектор а А спрямований по радіусі до центру - від точки А до точки О. Задаємося масштабом плану прискорень μ а = 0,392 м · с -2 / мм і обчислюємо довжину відрізка [ра], який зображує в цьому масштабі вектор а А:
[Р а a] = a A / μ a = 17,64 / 0,392 = 45 мм
З довільної точки р а, званої полюсом плану прискорень, в напрямку вектора а А відкладаємо відрізок [р а a].
Переходимо до групи асирійця ланки 2,3.
Векторне рівняння для точки В групи має вигляд:
ā В = ā А + ā ВА
Прискорення ā ВA складається з нормального і дотичного складових:
ā ВA = ā ВA n + ā ВA τ
Прискорення ā ВA n за величиною одно:
ā ВA n = ω ВA 2 · L ВА
ā ВA n = 1,99 2 · 0,52 = 2,06 м / с 2
Обчислюємо його величину і відкладаємо в масштабі μ а від точки а плану прискорень в напрямку від точки В до точки А механізму відрізок [an], рівний по величині
[An] = а ВA n / μ a = 2,06 / 0,392 = 5,25 мм
Прискорення ā ВA τ визначається за формулою: ā ВA τ ┴ ā ВA п
Вектор ā У спрямований вздовж напрямної. Таким чином, отримуємо векторне рівняння, в якому два невідомих за величиною, але відомих у напрямку вектора. Для їх визначення продовжимо побудова плану прискорень. З точки n плану проведемо напрямок вектора ā ВA τ (перпендикулярно ВА), а з точки р а-паралельно напрямку ā В (паралельно направляє). На перетині цих прямих поставимо крапку b. Отримуємо відрізки [р а b] та [nb], які в масштабі зображують відповідно прискорення ā В з ā ВA τ, тобто
ā В = [р а b] · μ a = 34 · 0,392 = 13,33 м / с 2
ā ВA τ = [nb] · μ а = 25 · 0,392 = 9,8 м / с 2
Знаючи ā ВA τ, визначаємо величину кутового прискорення ε ВA:
ε ВA = ā ВA τ / L ВA = 9,8 / 0,52 = 18,84 рад / с 2
Напрямок кутового прискорення визначиться після перенесення вектора ā ВA τ в точку В механізму.
Результати побудови заносимо в таблицю 2.
№ п / п | | | | | | ||||
мм | | мм | | мм | | | мм | | |
1 | 5,25 | 2,06 | 25 | 9,8 | 25,5 | 9,99 | 18,84 | 34 | 13,33 |
11 | 6,5 | 2,54 | 20 | 7,84 | 21 | 8,23 | 15,08 | 34 | 13,33 |
1.3 Кінематичний аналіз методом побудови діаграм
Діаграми будуються для 12 положень механізму, які були зображені на плані положень. Повний оборот кривошипа ОА відповідає одному кінематичному циклу.
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
В 0 В і | 0 | 4 | 16 | 34 | 52 | 67 | 72 | 67 | 52 | 33 |
