Анализ плоских рычажных механизмов

 

 

Учебное пособие

 

 

Санкт-Петербург

2017

УДК 621.81

 

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент Б. С. Доброборский (СПбГАСУ);

канд. техн. наук, доцент Я. С. Ватулин (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I)

 

 

Виноградова, Т. В.

Анализ плоских рычажных механизмов: Учебное пособие / Т. В. Виноградова, Ю. В. Кулида; СПбГАСУ. – СПб., 2017. – 000 с.

 

ISBN

 

Разработано в соответствии с программами и учебными планами дисциплины «Теория машин и механизмов» и разделов, изучающих теорию машин и механизмов в составе дисциплин «Механика» и «Прикладная механика». Содержит указания по курсовому проектированию в рамках дисциплины «Теория машин и механизмов».

Изложен порядок выполнения заданий по исследованию кинематики и динамики механизмов. Приведены методы анализа механизмов с помощью графических построений и графоаналитические методы анализа плоских рычажных механизмов.

Рассмотрены примеры выполнения кинематического и силового анализа плоских рычажных механизмов и решения задач, предлагаемых при изучении дисциплин «Прикладная механика» и «Механика». Даны задания для курсового проектирования в рамках дисциплины «Теория машин и механизмов».

 

Табл. 4. Ил. 36. Библиогр.: 6 назв.

 

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.

 

ISBN                                            © Т. В. Виноградова, Ю. В. Кулида, 2017

                                                      © Санкт-Петербургский государственный

                                                      архитектурно-строительный университет, 2017

Введение

 

Большинство современных машин при проектировании можно представить по схеме «двигатель – передаточный механизм – рабочий орган технологической машины (исполнительный механизм)» (рис. 1.1). В качестве исполнительных механизмов часто применяются различные рычажные механизмы. Двигатель и передаточный механизм объединяют в привод машины.

Привод – это энергосиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм, т. е. предназначенное для преобразования подводимой первичной энергии в механическую работу, осуществляемую исполнительными органами машины.

 

 

Рис. 1.1. Блок-схема машины: М – двигатель; ИМ – исполнительный механизм

 

Курсовая работа предусматривает исследование структуры, кинематики и динамики рычажного исполнительного механизма. Расчеты могут выполняться двумя способами: аналитическим и графоаналитическим.

Аналитический метод анализа механизма заключается в определении его кинематических и динамических характеристик в виде аналитических выражений, содержащих конечное число алгебраических или тригонометрических операций и определяющих функцию явно, неявно или параметрически. Эта часть расчетов выполняется с помощью ЭВМ.

Графоаналитический метод анализа представляет собой графические вычисления, основанные на геометрических построениях, связанных с использованием достаточно простых аналитических соотношений (например, векторных), с некоторым приближением заменяющих аналогичные аналитические операции. Эти расчеты по определению кинематических параметров механизма и инерционных нагрузок выполняются студентами в качестве проверочных.

При вычислениях с помощью ЭВМ необходимо иметь общее представление о машине, параметры которой рассчитываются, и о механизмах, входящих в ее состав. Поэтому перед тем как приступить к исследованию механизма с помощью ЭВМ, необходимо разобраться в логической структуре и особенностях работы используемой программы, а также подробно изучить кинематическую схему рычажного механизма.

Допустимое расхождение между результатами вычислений по аналитическим формулам и по графоаналитическим построениям составляет 5–10 %.

Задание на проведение кинематического и динамического анализа механизма

 

Основное содержание данной курсовой работы заключается в исследовании структуры, кинематики и динамики заданного плоского рычажного механизма и определении параметров привода машины. Работа состоит из ряда взаимосвязанных и последовательно выполняемых этапов:

1) вычертить кинематическую схему механизма;

2) определить степень свободы механизма;

3) определить траектории движения основных точек механизма; выбрать направление рабочего и холостого хода в течение одного кинематического цикла;

4) построить планы линейных скоростей и ускорений характерных основных точек звеньев механизма и центров масс S за тот же цикл движения;

5) определить внешнюю нагрузку и момент сил полезного сопротивления М _пс, приведенные к главному валу механизма (кривошипу);

6) определить моменты инерции звеньев и рассчитать приведенный к главному валу механизма (кривошипу) момент инерции масс движущихся звеньев;

7) выбрать по каталогу электродвигатель, исходя из его мощности Р _дв; для выбранного двигателя выписать значение номинальной частоты вращения п _дв;

8) определить общее передаточное отношение зубчатого механизма (передаточное число редуктора u = n _дв/ n _кр, где n _дв – номинальная частота вращения вала электродвигателя; n _кр – частота вращения кривошипа), а также передаточное отношение каждой его ступени;

9) оформить пояснительную записку, содержащую:

- структурный анализ механизма;

- кинематический анализ;

- силовой анализ;

- динамический анализ;

- механические характеристики электродвигателя;

- расчет геометрических параметров маховика;

10) выполнить на листах формата А1 графическую часть задания, включающую:

- общую структурную схему машины с заданным рычажным механизмом;

- графики положений, скорости и ускорения движения исполнительного органа (ползуна) с численными значениями для шести положений;

- график задания внешней нагрузки и методы определения приведенного момента сил:

а) план сил и определение уравновешивающих и приведенных сил и моментов методом рычага Н. Е. Жуковского;

б) то же методом кинетостатики;

- график изменения приведенного момента M_i ^пр для шести положений механизма;

- диаграмму работы сил сопротивления (для машины-орудия) А _с = f (φ₁);

- диаграмму избыточной работы;

- чертеж маховика.