Проектирование кривошипно-шатунного механизма.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория механизмов и машин»

Тема: «Анализ и синтез шарнирно-рычажного механизма пресса»

Задание 10

Вариант 5

 

 

Выполнил:                                            студент 1 группы МСб-2801-03-24

Манаков Данил Сергеевич

 

Проверил:                                             канд. тех. наук, доцент кафедры МОК

Удалов Александр Викторович

Допустить к защите «__»_______ 201 г.

 

Дата зашиты «__»_______ 201 г.

 

Оценка ______________

 

 

зм.Изм.

истЛист

кум.№ докум.

одписьПодпись

атаДата

истЛист

5

ПЗТПЖА.041000.489 ПЗ

Содержание.

Содержание. 3

Задание на курсовую работу. 4

Введение. 5

1.Структурный анализ механизма. 6

2. Кинематический анализ. 8

2.1. Проектирование кривошипно-шатунного механизма. 8

2.2 Построения планов положений механизма. 9

2.3 Определение линейных и угловых скоростей звеньев. 10

2.4 Определение ускорений точек и звеньев механизма. 14

3. Силовой расчет. 18

3.1 Определяем нагрузки звеньев. 18

4.2 Определяем реакции во всех кинематических парах механизма. 19

4.2.1 Структурная группа 2-3. 19

4.2.2 Кинематическая пара звеньев 1-4. 21

4.3 Построение рычага Жуковского. 21

5 Динамический анализ рычажного механизма по коэффициенту неравномерности хода. 23

5.1 Приведенный момент сил сопротивления. 23

5.2 Приведённый момент инерции и сил. 23

5.3 Определение работы сил производственного сопротивления и работы движущих сил. 24

5.5 Диаграмма Виттенбауэра. 25

6 Заключение. 26

Список литературы. 27

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

Задание на курсовую работу

 

И

Л

№ до

П

Д

Л

5

ТПЖА.041000.489

Введение.

Машиностроение - ведущая отрасль материального производства, оно обеспечивает машинами и механизмами другие отрасли, тем самым, обеспечивая прогресс в хозяйстве страны в целом. Машиностроение в современном мире является важнейшей отраслью хозяйственной деятельности, определяющей степень и прогресс развития различных отраслей промышленности: металлургии, энергетики, сельского хозяйства, оборонной промышленности и многих других.

Технология машиностроения – техническая наука, изучающая закономерности теоретических и практических приёмов механической обработки деталей машин, обеспечивающих требуемое качество обработки при заданной производственной программе с наименьшей себестоимостью.

Целью же данной курсовой работы является анализ и синтез шарнирно-рычажного механизма пресса.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

1.Структурный анализ механизма.

Рисунок 2.1 – Структурная схема шарнирно-рычажного механизма пресса.

Главный рычажный механизм состоит из 5 подвижных звеньев и неподвижной стойки.

Звено 1 – входной кривошип; звено 2 – шатун; звено 3 – коромысло; звено 4 – шатун; звено 5 – ползун.

Звенья образуют 7 кинематических пар 5-гокласса. Число степеней свободы по формуле Чебышева: W= 3n – 2р5 – р4 =3.5-2.7-0= 1

Пассивных связей в механизме нет.

Структурное деление механизма: входное звено – кривошип, структурная группа 1 – трехшарнирная, структурная группа 2 – шатун-ползун.По классификации АсураАртоболевского обе структурные группы имеют2-йкласс,2-йпорядок, следовательно весь механизм имеет2-йкласс,2-йпорядок.

 Все кинематические пары являются низшими, т.е. p _нп=4, p _вп=0.

По формуле Чебышева определим число степеней подвижности механизма:

W = 3n-2p₅-p₄=3*5-2*7-0 = 1,

где 5 = n – число подвижных звеньев;1)/ла строения механизма имеет вид: еобходимо разбить на структурные группы, для каждой из которых выявляется класс

p₅=7 – число кинематических пар 5-го класса; 0= p₄ –

число кинематических пар 4-го класса.

Для определения класса механизма его необходимо разбить на структурные группы, для каждой из которых выявляется класс, порядок и вид.

Формула строения механизма имеет вид: I (1, 4) ->II (2, 3)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

2. Кинематический анализ.

Определяем нагрузки звеньев

В силу присутствии силы притяжения земли, на каждое материальное тело действует сила тяжести, которая определяется по формуле G_i =m_i*g.

m_i - масса i-го звена;

g – ускорение свободного падения (10 м/c²)

Вектор силы тяжести G_i выходит из точки центра масс звена s_iи направлена вертикально вниз.

G₂=m₂*g=30*9,81=294,3H

G₃=m₃*g=40*9,81=392,4H

Далее рассчитываем силы инерции P_uiпо следующей формуле:

P_ui=m_i*a_Si

a_Si– Ускорение центр масс звена.

F_u2=m₂*a_s2= 30*5,14=154,2H

F_u3=m₂*a_c=40*4,42=176,8H

Вектор силы инерции P_i выходит из точки s и направляется в противоположную сторону вектору ускорений центра масс звеньев.

Далее расcчитаем момент сил инерции M_uiзвеньев. Данный силовой фактор направлен в противоположную сторону угловому ускорению звена и равен:

M_ui=J_i*ε_i

J_i= момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр масс;

ε_i = угловое ускорение звена. 

Момент инерции звена 2, Нм

M_u2= ε₂* J_s2=46,54*0,1=4,654Hм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

3.2 Определяем реакции во всех кинематических парах механизма

Структурная группа 2-3

Тангенциальную реакцию R^τ₂₁ определяют из условия равновесия шатуна 2, которое можно представить в виде суммы моментов внешних сил относительно точки С.

G₂ – вес звена 2;

𝐵𝐶 – плечо реакции R^τ₂₁относительно точки С, мм;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

ℎ₁ – плечо веса;

ℎ₂ – плечо силы инерции.

Сумма сил действующих на звенья 2,3 ровна нулю:

Производя построение замкнутого контура, определяем реакцию опоры R₃₄ и нормальную составляющую реакции R₂₁ в масштабе =10 Н/мм:

R₃₄=1418,5 Н.

Rⁿ₂₁=3387,3H.

R₂₁=3390,2Н.

С целью определения реакции , внутренней кинематической пары , составляем расчётную схему шатуна 2.

Векторное уравнение решаем графически, построением векторного силового многоугольника в масштабе сил =10 Н/мм:

=3338,4Н.

=3337,7H.

=65,4Н.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

3.2.2 Кинематическая пара звеньев 1-4

Для сохранения положения равновесия ведущего звена прикладывается уравновешивающий момент M_yи записывается уравнение равновесия моментов сил относительно точки А.

.

Производя построение замкнутого векторного контура определим реакцию опоры R₁₄:

R₁₄=1297,3 Н.

Диаграмма Виттенбауэра.

Момент инерции маховика

D_M= =4 0.04=0.16 м.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

5Заключение

В ходе проведённой работы мною были приобретены навыки проведения кинематического и динамического анализа рычажных механизмов.

Выполнен кинематический анализ механизма. Построены планы скоростей и ускорений для 12 положений, определены линейные и угловые скорости и ускорения звеньев.

Выполнен динамический синтез механизма по коэффициенту неравномерности хода, построены графики приведённых к ведущему звену момента сил сопротивления, работы сил сопротивления, момент инерции звеньев механизма, график изменения кинетической энергии, диаграмма Виттенбауэра.

Для одного положения механизма при рабочем ходе построен план скоростей и ускорений,определена инерционная нагрузка звеньев и найдена уравновешивающая сила. Определены реакции в кинематических парах.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

Список литературы.

1. Теория механизмов и машин. Учебник для втузов / Под редакцией К.В. Фролова. М.: Высшая школа,1987.

2. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин / Под ред. А.С. Кореняко 5-е издание. Киев: Вища школа,1970.

3. Кинематическое и динамическое исследование кривошипно-ползунных механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме: Методические указания к курсовому проекту по теории механизмов машин /Самарский Политехнический Институт; Сост. А.С. Неймарк, А.К. Федосеев, Самара, 1991.

4. Проектирование зубчатых механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме: Методические указания к курсовому проекту по теории механизмов машин / Самарский Государственный Технический Университет; Сост. А. С. Неймарк, И. Н. Булавинцев, Самара, 1993.

5. Синтез кулачковых механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме: Методические указания к курсовому проекту по теории механизмов и машин/ Самарский Государственный Технический Университет; Составители: А.С. Неймарк, Э.Э. Рыжов, И.Н. Булавинцев. Самара 1993.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория механизмов и машин»

Тема: «Анализ и синтез шарнирно-рычажного механизма пресса»

Задание 10

Вариант 5

 

 

Выполнил:                                            студент 1 группы МСб-2801-03-24

Манаков Данил Сергеевич

 

Проверил:                                             канд. тех. наук, доцент кафедры МОК

Удалов Александр Викторович

Допустить к защите «__»_______ 201 г.

 

Дата зашиты «__»_______ 201 г.

 

Оценка ______________

 

 

зм.Изм.

истЛист

кум.№ докум.

одписьПодпись

атаДата

истЛист

5

ПЗТПЖА.041000.489 ПЗ

Содержание.

Содержание. 3

Задание на курсовую работу. 4

Введение. 5

1.Структурный анализ механизма. 6

2. Кинематический анализ. 8

2.1. Проектирование кривошипно-шатунного механизма. 8

2.2 Построения планов положений механизма. 9

2.3 Определение линейных и угловых скоростей звеньев. 10

2.4 Определение ускорений точек и звеньев механизма. 14

3. Силовой расчет. 18

3.1 Определяем нагрузки звеньев. 18

4.2 Определяем реакции во всех кинематических парах механизма. 19

4.2.1 Структурная группа 2-3. 19

4.2.2 Кинематическая пара звеньев 1-4. 21

4.3 Построение рычага Жуковского. 21

5 Динамический анализ рычажного механизма по коэффициенту неравномерности хода. 23

5.1 Приведенный момент сил сопротивления. 23

5.2 Приведённый момент инерции и сил. 23

5.3 Определение работы сил производственного сопротивления и работы движущих сил. 24

5.5 Диаграмма Виттенбауэра. 25

6 Заключение. 26

Список литературы. 27

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

Задание на курсовую работу

 

И

Л

№ до

П

Д

Л

5

ТПЖА.041000.489

Введение.

Машиностроение - ведущая отрасль материального производства, оно обеспечивает машинами и механизмами другие отрасли, тем самым, обеспечивая прогресс в хозяйстве страны в целом. Машиностроение в современном мире является важнейшей отраслью хозяйственной деятельности, определяющей степень и прогресс развития различных отраслей промышленности: металлургии, энергетики, сельского хозяйства, оборонной промышленности и многих других.

Технология машиностроения – техническая наука, изучающая закономерности теоретических и практических приёмов механической обработки деталей машин, обеспечивающих требуемое качество обработки при заданной производственной программе с наименьшей себестоимостью.

Целью же данной курсовой работы является анализ и синтез шарнирно-рычажного механизма пресса.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

1.Структурный анализ механизма.

Рисунок 2.1 – Структурная схема шарнирно-рычажного механизма пресса.

Главный рычажный механизм состоит из 5 подвижных звеньев и неподвижной стойки.

Звено 1 – входной кривошип; звено 2 – шатун; звено 3 – коромысло; звено 4 – шатун; звено 5 – ползун.

Звенья образуют 7 кинематических пар 5-гокласса. Число степеней свободы по формуле Чебышева: W= 3n – 2р5 – р4 =3.5-2.7-0= 1

Пассивных связей в механизме нет.

Структурное деление механизма: входное звено – кривошип, структурная группа 1 – трехшарнирная, структурная группа 2 – шатун-ползун.По классификации АсураАртоболевского обе структурные группы имеют2-йкласс,2-йпорядок, следовательно весь механизм имеет2-йкласс,2-йпорядок.

 Все кинематические пары являются низшими, т.е. p _нп=4, p _вп=0.

По формуле Чебышева определим число степеней подвижности механизма:

W = 3n-2p₅-p₄=3*5-2*7-0 = 1,

где 5 = n – число подвижных звеньев;1)/ла строения механизма имеет вид: еобходимо разбить на структурные группы, для каждой из которых выявляется класс

p₅=7 – число кинематических пар 5-го класса; 0= p₄ –

число кинематических пар 4-го класса.

Для определения класса механизма его необходимо разбить на структурные группы, для каждой из которых выявляется класс, порядок и вид.

Формула строения механизма имеет вид: I (1, 4) ->II (2, 3)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

2. Кинематический анализ.

Проектирование кривошипно-шатунного механизма.

Первоочередной задачей проектирования кривошипно-ползунного механизма является его синтез, т. е. определение размеров звеньев по некоторым первоначально заданным параметрам.

Недостающими размерами данной кинематической схемы является длина ведущего звена AB и длина звена BC.

Для их определения механизм рассматривается в двух крайних положениях, откуда определяются неизвестные длины звеньев.

l_AB= = =0,04 м.

l_BC= × l_AB=3,0×0,04=0,12 м.

Положение центра масс звена 2 определяется из формулы Штейнера

l_{BS 2} = = =0,038 м.

Тогда:

K ₁ = = =0,319.

2.2 Построения планов положений механизма

План положений - это графическое изображение механизма в n последовательных положениях в пределах одного цикла.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ТПЖА.041000.489 ПЗ

Эксцентриситет e =0, т.е. опоры механизма находятся на одном уровне.

Так как все необходимые размеры известны, строиться план положений рычажного механизма. Масштабный коэффициент принимается равным:

= = =0,002 м/мм.

Отрезок B C, изображающий длину шатуна l ₂на плане положений, будет:

BC= = =60 мм.

Строим 12 положений звеньев, для этого разделим траекторию движения, описываемую точкой В кривошипа ВА, на 12 равных частей. За нулевое принимаем положение кривошипа ВА, при котором точка В поршня 3 занимает начало рабочего хода. Из отмеченных на окружности точек В дугой ВС делаем засечки на направляющей движения поршня 3 и получаем точки С.

Расстояние от точки B до центра масс S ₂ шатуна на плане положений:

BS₂= = =19 мм.