Структурный и кинематический анализ

 

Содержание

     Введение.

1. Исходные данные
2. Структурный анализ механизма:

2.1. Структурная классификация механизма по Ассуру

2.1.1. Определение W и Wотн

2.1.2.  Классификация кинематических  пар

2.1.3.  Составление структурной  формулы механизма

3.  Кинематический анализ механизма:

3.1. Графо-аналитический анализ  механизма

3.1.1. Описание метода

3.1.2. Таблица результатов анализа

3.2. Графический метод анализа

3.2.1. Построение планов скоростей

3.3. Выводы по результатам кинематического анализа

4.  Анализ зубчатой передачи:

4.1. Исходные данные

4.2. Кинематический расчет трансмиссии привода

4.3. Выбор количества зубьев колес планетарной передачи

4.4. Геометрический расчет зубчатой передачи

4.4.1. Проверка качественных показателей зубчатого зацепления

5.  Синтез плоского кулачкового механизма

5.1. Методика синтеза

5.2. Результаты синтеза

5.3. Диаграмма EXCEL с теоретическим профилем кулачка

6.  Список литературы

 

Введение.

 

Проведенный анализ был осуществлен для ознакомления с общей схемой расчетов, и последовательностью проектирования, а также с методикой  исследования и расчета  механизмов.

Высоко квалифицированный инженер-конструктор должен владеть современными методами расчета и конструирования быстроходных автоматизированных и высокопроизводительных машин, для проектирования машин более рациональных и удовлетворяющих социальным требованиям, таких как, безопасность пользования и создание наилучших условий для обслуживающего персонала, а также эксплуатационных, экономических, технологических и производственных требований.

Поскольку представленная работа является только началом на пути будущего инженера, то решение этих задач  состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемой машины, а также в разработке её кинематической схемы, обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведением требуемого закона движения.

Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению, и обобщению теоретических знаний и применению этих знаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

 

Дано	Обозначения	Вариант
		ΙΙ
Размеры (м)	OA	0,1
	OB	0,55
	AC	0,82
	AS	0,4
	Dn	0,13
Массы звеньев (кг)	mAC	15
	mOA	18
	mB	22
Моменты инерции (кгм2)	IO	0.1
	IS	0.5
	IB	1.2
Коэффициент неравномерности хода	δ	І/26
Наибол. угол подъема толкателя (град)	βmax	22
Минимальн. угол передачи движ. (град)	γmin	45
Длина толкателя (м)	FE	0,11
Угол удаления (град)	φy	70
Угол дальн. стоян. (град)	φд.с.	10
Угол возвращен. (град)	φв	70
Модуль колес (мм)	m	5
Число зубьев колес	Ζ1	10
	Ζ2	38

 

Коэффициенты коррекции Х выбирать из условия отсутствия подреза

Подвариант	Диагр. ускор. толкат.	nOA (об/мин)	Kp (Мн./м2мм)	U5-2
1	А	100	0,01	20

 

 

 

 

 

2. Структурный анализ механизма

 

2.1. Структурная классификация  механизма по Ассуру:

2.1.1. Определение степеней подвижности

При определении степени свободы механизма используем формулу Чебышева

 

W=3n-2p5-p4

 

  Механизм, указанный на рис. 1, имеет три подвижных звена, образующих  четыре кинематические пары пятого  класса. Следовательно, по данной  формуле число степеней свободы равно

 

W=3·3-2·4=1

 

  Т.е. механизм обладает одной  степенью свободы. Если в качестве  начального звена выбрать звено 1, тогда механизм будет состоять из начального звена 1, обладающего одной степенью свободы, стойки 0 и звеньев, образующих кинематическую цепь, состоящую из звеньев 2, 3.

  Степень подвижности механизма  равна 1, следовательно, механизм обладает  одним начальным звеном 1.

  Так как после присоединения  звеньев 2, 3 число степеней свободы  всего механизма осталось равным W=1, то, следовательно, кинематическая цепь, состоящая из звеньев 2, 3,  присоединенных к начальному звену 1 и стойке 0, обладает нулевой степенью свободы относительно тех звеньев, к которым эта цепь присоединяется.

 

Wотн = 3·2-2·3=0

 

2.1.2. Классификация кинематических  пар и групп звеньев

 

Классификация кинематических пар

 

№ п/п	Кинематическая пара	Наименование	Класс	Кол-во степеней свободы
1	0-1	Вращательная	5	1
2	0-3	Вращательная	5	1
3	1-2	Вращательная	5	1
4	2-3	Поступательная	5	1

 

 

Классификация групп звеньев

 

№ п/п	Схема группы	Класс группы	Порядок группы	Относит. степ. подвижности
0		I	-	1
1		II	2	0
2		II	2	0
3		II	2	0

 

 

3. Структурная формула механизма

   На основании полученной  таблицы структурная формула  данного механизма примет вид:

 

I (0-1) – II (1-2) – II (2-3) – II (3-0)

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Кинематический анализ механизма

 

   Основной задачей кинематического  анализа механизма является изучение  движения звеньев механизмов  вне зависимости от сил, действующих  на эти звенья.

 

3.1. Графо-аналитический метод

   Целью данного метода является получение графиков изменения скорости и ускорения по времени, для точек, принадлежащих данному механизму.

 

3.1.1. Описание метода

   Для определения скорости  и ускорения данного механизма  с помощью графо-аналитического метода анализа необходимо построить графики зависимостей.

   Построение графиков Sc=Sc(t), Vc=Vc(t), ac=ac(t) производим на компьютере  в программе EXCEL.

   В первый столбец заносим  время t, за которое начальное звено проходит 12 положений:

 

Δt =

 

где - ω1 = -  угловая скорость начального звена;

 

 

   Полученные показания перемещения, снятые с чертежа и умноженные  на соответствующий масштаб, заносим  во второй столбец. В третьем и четвертом столбце вводим формулы для вычисления скорости и ускорения. Эти формулы основаны на дифференцировании перемещения по времени:

 

                                                  

 

   Так как  соседние точки  относительно близко отстоят  друг от друга, то эти формулы  можно заменить:

 

   соответственно 

 

  соответственно 

  

   По полученной таблице строим диаграммы зависимостей Sb(t), Vb(t), ab(t).

3.1.2. Таблица результатов анализа

 

N	t, с	S5, м	V, м/с	a, м/с2
0	0	0	0	75,52
1	0,025	0,01143	0,4572	18,288
2	0,05	0,04378	1,294	33,472
3	0,075	0,09098	1,888	23,76
4	0,1	0,14255	2,0628	6,992
5	0,125	0,18391	1,6544	-16,336
6	0,15	0,2	0,6436	-40,432
7	0,175	0,18391	-0,6436	-51,488
8	0,2	0,14255	-1,6544	-40,432
9	0,225	0,09098	-2,0628	-16,336
10	0,25	0,04378	-1,888	6,992
11	0,275	0,01143	0	75,52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Графический метод  анализа:

 

Построение треугольника планов скоростей для каждого из шести произвольно выбранных положений механизма, производим по следующей схеме. Необходимые для построения данные берут из схемы механизма (длины звеньев, направление векторов):

1. Определяем масштаб плана скоростей:

2. Величину вектора скорости VA определяем с помощью угловой скорости, .

3. Построение вектора скорости  точки А производим из мгновенного  центра скоростей, зная что направлен вектор будет перпендикулярно звену АВ, и в сторону совпадающую с направлением угловой скорости.

4. Строим прямую вектора скорости  точки А относительно точки  В3. Вектор перпендикулярен звену АВ.

5. Строим прямую вектора скорости  точки В2 относительно точки В3. Вектор параллелен звену АВ.

6. Выбираем направление векторов  скоростей АВ3 и В2В3.

7. Зная что вектор скорости В2В3 направлен будет параллельно звену АВ, строим относительно него вектор скорости СВ3 который перпендикулярен звену ВС.

8. Воспользовавшись  соотношением,  найдем длину вектора скорости СВ3.

9. Соединив начало вектора скорости  с концом , получим и направление и величину вектора скорости  VC.

 

3.2.1. Построение планов скоростей

 

Расчеты:

 

Положение 10:

 

Положение 4:

 

Положение 5:

 

Положение 11:

 

Положение 3:

 

Положение 7:

 

 

 

3.3. Вывод по результатам  кинематического анализа:

 

        Проведя кинематический  анализ компрессора двойного  действия, я сделал вывод,  что  наиболее точным методом является графический метод анализа.

        Построение  кинематических диаграмм создает  возможность изучить изменение  кинематических параметров какой-либо  одной точки или звена механизма  за время одного оборота ведущего  звена.

        Метод планов скоростей дает возможность определить линейные скорости всех точек механизма.

        Кинематическое  исследование механизмов методом  построения диаграмм при всей  его простоте и наглядности  имеет следующие недостатки: неточность  при дифференцировании кривых, невозможность полностью исследовать криволинейное движение, диаграммы дают лишь численные значения векторов.