книги / Теория механизмов и машин задания, упражнения и задачи к курсовому проекту
..pdfЗАДАНИЕ № 7
Тема. Кинематическое и динамическое исследование механизма сталкивателя
Содержание и последовательность выполнения проекта
I.Структурное и кинематическое исследование механизма
1.Произвести структурный анализ стержневого механизма привода сталкивателя, состоящего из звеньев 1, 2, 3, 4 и 5 (рисунок к заданию; исходные данные приведены в таблице).
2.Построить положения звеньев механизма, соответствующие крайнему левому и правому положениям ползуна 5. Крайнее правое положение ползуна 5, соответствующее началу рабочего хода, взять для дальнейших расчетов (построений) за начальное.
3.Построить схему механизма в 12 положениях и определить графически траекторию движения центра тяжести звена 4. Центры тяжести звеньев расположены посередине. Схема механизма должна занимать 1/5 листа формата А1.
4.Построением планов определить в 12 положениях механизма скорости и в 6 положениях ускорения всех характерных точек механизма. Вращение кривошипа считать равномерным.
5.Определить графическим способом в 12 положениях механизма перемещение, путь, скорость и ускорение рабочего звена 5 в функции угла поворота кривошипа. График перемещения и пути построить в одной системе координат. В пояснительной записке необходимо привести значения скоростей и ускорений, определенных как графическим способом, так и из планов.
6.Построить графики угловой скорости и ускорения звена 4 по углу поворота кривошипа.
7.Построить годографы скорости и ускорения центра тяжести звена 2.
II.Профилирование кулачка
1.Построить в произвольном масштабе заданный закон толкателя
d 2S d 2S d 2 d 2
и графическим интегрированием построить графики
81
dS |
dS |
|
и S S . |
d |
d |
|
|
2.Определить минимальный радиус дискового кулачка. Максимальный угол давления взять в пределах 30 40 .
3.Построить практический и теоретический профиль кулачка, выбрав радиус ролика.
4.Построить график изменения угла давления по углу поворота кулачка.
III.Проектирование зубчатой передачи
1.По заданному числу оборотов кривошипа и числам зубьев зубчатых колес редуктора определить потребное число оборотов электродвигателя.
2.Рассчитать и построить зацепление корригированных цилиндрических колес z5 и z6 редуктора. Применить неравносмещенное зацепление.
3.Построить рабочие участки профилей, дугу зацепления и определить коэффициент перекрытия аналитически и графоаналитически. Рассчитать
ипостроить эпюры относительных скольжений профилей.
4.Построить профиль зубьев малого колеса z5 в зацеплении с инструментальной рейкой без смещения (сдвига) и со смещением b т х1.
IV. Силовой расчет механизма
1.В одном из рабочих положений механизма построением планов сил определить силы реакций во всех кинематических парах и уравновешивающий момент или уравновешивающую силу на кривошипе.
2.Определить по рычагу Жуковского уравновешивающий момент или уравновешивающую силу на кривошипе. Расхождение в полученных результатах при определении уравновешивающего момента или уравновешивающей силы планам и рычагом Жуковского не должно превышать 2–3 %.
3.Определить потребную мощность электродвигателя для привода машины, если коэффициент полезного действия принять 0,5–0,6.
V.Определение момента инерции маховика и его размеров
1.Подсчитать приведенный момент от силы сопротивления для 12 положений механизма. Построить график изменения приведенного момента по углу поворота кривошипа.
2.По графику приведенного момента построить графическим интегрированием графики работы сил сопротивлений и работы движущих сил, счи-
82
тая момент движущих сил на главном валу машины постоянным для одного периода установившегося движения.
3.Построить диаграмму приращений кинетической энергии (избыточных работ) по углу поворота кривошипа.
4.Определить для 12 положений приведенный момент инерции механизма и построить график изменения кинетической энергии звеньев по углу поворота кривошипа.
5.Построить график избыточных работ в функции приведенного момента инерции звеньев механизма (диаграмма энергомасс). С помощью этой диаграммы определить момент инерции маховика, который должен быть посажен на вал кривошипа для обеспечения заданной неравномерности хода машины δ.
6.Определить основные размеры маховика и произвести проверку допустимой скорости на ободе.
Рис. Схема механизма и диаграмма действующих сил
83
Исходные данные для задания № 7
Параметр |
Обозна- |
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|||||||
|
чение |
||||||||||||||||
Частота кри- |
nкр, |
107 |
105 |
125 |
110 |
115 |
120 |
130 |
110 |
115 |
104 |
135 |
|||||
вошипа |
об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные |
lОА, м |
0,1 |
0,15 |
0,13 |
0,12 |
0,11 |
0,1 |
0,12 |
0,11 |
0,13 |
0,1 |
0,1 |
|||||
lАВ, м |
0,8 |
0,7 |
0,9 |
0,85 |
0,85 |
0,75 |
0,7 |
0,8 |
0,85 |
0,9 |
0,8 |
||||||
данные для |
|||||||||||||||||
lСВ,м |
0,45 |
0,4 |
0, 5 |
0,45 |
0,4 |
0,42 |
0,4 |
0,48 |
0,45 |
0,45 |
0,45 |
||||||
проектирова- |
|||||||||||||||||
lСD, м |
0,9 |
0,8 |
1,0 |
0,9 |
0,9 |
0,95 |
0,92 |
0,95 |
0,93 |
0,98 |
1,0 |
||||||
ния стержне- |
|||||||||||||||||
lЕD, м |
0,6 |
0,7 |
0,7 |
0,65 |
0,62 |
0,55 |
0,53 |
0,66 |
0,69 |
0,7 |
0,7 |
||||||
вого меха- |
|||||||||||||||||
a, м |
0,7 |
0,6 |
0,8 |
0,75 |
0,78 |
0,65 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,8 |
0,7 |
||||||
низма |
|||||||||||||||||
b, м |
0,85 |
0,72 |
0,95 |
0,85 |
0,85 |
0,9 |
0,77 |
0,92 |
0,9 |
0,97 |
0,95 |
||||||
|
|||||||||||||||||
Число зубьев |
z1 |
18 |
17 |
20 |
19 |
22 |
24 |
20 |
19 |
25 |
24 |
20 |
|||||
зацепляю- |
z2 |
30 |
29 |
30 |
28 |
30 |
34 |
26 |
27 |
30 |
28 |
30 |
|||||
щихся колес |
z3 |
30 |
25 |
25 |
24 |
23 |
20 |
20 |
22 |
25 |
23 |
20 |
|||||
редуктора |
z4 |
78 |
71 |
75 |
71 |
75 |
78 |
66 |
68 |
80 |
75 |
78 |
|||||
Основные |
hmax, мм |
10 |
20 |
15 |
10 |
30 |
25 |
20 |
30 |
10 |
15 |
25 |
|||||
φуд, |
90 |
100 |
80 |
110 |
120 |
110 |
130 |
90 |
100 |
110 |
100 |
||||||
данные для |
|||||||||||||||||
φдс, |
0 |
30 |
10 |
0 |
40 |
25 |
10 |
15 |
0 |
10 |
10 |
||||||
проектирова- |
|||||||||||||||||
φпр, |
90 |
140 |
120 |
140 |
80 |
90 |
100 |
70 |
90 |
60 |
80 |
||||||
ния кулачко- |
|||||||||||||||||
вого меха- |
Закон |
± k |
± k |
± k |
± k |
kcos |
2 |
kcos |
2 |
± |
± |
ksin |
2 |
ksin |
2 |
± |
|
низма |
ускор. |
уд |
уд |
уд |
уд |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Основные |
m, мм |
10 |
12 |
10 |
15 |
12 |
10 |
10 |
15 |
12 |
12 |
10 |
|||||
данные для |
z5 |
15 |
15 |
14 |
16 |
14 |
16 |
12 |
13 |
13 |
15 |
16 |
|||||
проектирова- |
z6 |
19 |
18 |
20 |
18 |
22 |
20 |
17 |
16 |
17 |
22 |
20 |
|||||
ния зубчатой |
α, |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
|||||
передачи |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сила, дей- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ствующая на |
Fmax |
1500 |
2000 |
2100 |
1600 |
2200 |
2400 |
2800 |
2400 |
2500 |
2450 |
|
|||||
ползун, H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Веса звеньев |
G1 |
20 |
50 |
45 |
40 |
30 |
20 |
40 |
30 |
45 |
20 |
|
|||||
G2 |
160 |
140 |
180 |
170 |
170 |
150 |
140 |
160 |
170 |
180 |
|
||||||
стержневого |
G3 |
180 |
160 |
200 |
180 |
180 |
190 |
190 |
190 |
190 |
200 |
|
|||||
механизма, H |
G4 |
120 |
100 |
140 |
130 |
120 |
110 |
110 |
130 |
140 |
140 |
|
|||||
|
G5 |
70 |
80 |
80 |
80 |
70 |
60 |
60 |
80 |
80 |
80 |
|
|||||
Моменты |
I1 |
0,01 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,015 |
0,02 |
0,015 |
0,03 |
0,01 |
|
|||||
инерции зве- |
I2 |
1,2 |
1,0 |
1,5 |
1,3 |
1,3 |
1,1 |
1,0 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
|
|||||
ньев стерж- |
I3 |
1,3 |
1,2 |
1,8 |
1,5 |
1,3 |
1,6 |
1,6 |
1,6 |
1,6 |
2,5 |
|
|||||
невого меха- |
I4 |
0,4 |
0,35 |
0,5 |
0,45 |
0,42 |
0,38 |
0,36 |
0,46 |
0,49 |
0,5 |
|
|||||
низма, кг м2 |
|
||||||||||||||||
Коэффици- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ент неравно- |
δ |
1/20 |
1/25 |
1/15 |
1/20 |
1/22 |
1/15 |
1/25 |
1/17 |
1/18 |
1/15 |
|
|||||
мерности |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
хода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
84
ЗАДАНИЕ № 8
Тема. Кинематическое и динамическое исследование механизмов насоса двойного действия
Кинематическая схема
Насос предназначен для перекачивания жидкости при прямом и обратном ходе поршня 5 (рис. 1 к заданию), который приводится в движение кривошип- но-коромысловым механизмом, состоящим из кривошипа 1, шатунов 2 и 4, коромысла 3 и стойки 6.
Рис. 1. Схема механизма
При движении поршня слева направо в правой полости цилиндра происходит увеличение давления и при Fсmax (верхняя ветвь индикаторной диа-
граммы) жидкость через нижний клапан нагнетается в сеть. В левой части полости одновременно идет процесс всасывания через верхний клапан при давлении 0,1Fсmax ниже атмосферного (нижняя линия индикаторной диа-
граммы). При обратном движении поршня в правой части полости цилиндра открывается верхний клапан и происходит всасывание при давлении 0,1Fсmax ниже атмосферного (нижняя линия индикаторной диаграммы),
а в левой открывается нижний клапан и происходит нагнетание в сеть (верхняя линия индикаторной диаграммы).
Силу полезного сопротивления Fсmax необходимо определить по рис. 3
к заданию. Сила сопротивления всегда противоположна скорости движения поршня-ползуна 5. Исходные данные задания приведены в таблице.
85
Содержание и последовательность выполнения проекта
I.Структурное и кинематическое исследование механизма
1.Произвести структурный анализ механизма.
2.Проверить возможность существования кривошипа при заданных размерах четырехзвенника АВСD. Исходные данные взять согласно номеру варианта.
3.Найти и построить положения звеньев, соответствующие крайним положениям ползуна 5, и определить его максимальное перемещение. Одно из крайних положений, соответствующее началу рабочего хода, взять для дальнейших расчетов за начальное. Графическую часть выполнить на листе формата А1.
4.Построить 12 положений звеньев механизма и траекторию движения центра тяжести звена 2.
5.Определить в 12 положениях построением планов скорости и в 6 положениях ускорения точек B, C, E, F и центров тяжести подвижных звеньев. Положение центров тяжести звеньев 2, 4 принять в середине звеньев, звена 3 – на 0,4 его длины от точки D, звена 5 – в центре шарнира F.
6.Построить графики перемещений, скорости и ускорения ползуна F по углу поворота кривошипа.
7.Построить годограф скорости центра тяжести звена FE.
II.Профилирование кулачка
1.Закон движения толкателя принять косинусоидальным (рис. 2 к заданию).
2.По исходным данным построить графики перемещений, первой и второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Графическую часть выполнить на листе формата А1.
Рис. 2. Схема и циклограмма кулачкового механизма
86
3. Определить минимальный радиус кулачка r0 и величину эксцентриситета e (см. рис. 2). Максимальный угол давления взять в пределах 30 40 . При определении минимального радиуса кулачка r0 оценить возможность применения кулачка одностороннего вращения.
4.Построить теоретический и практический профили кулачка, выбрав радиус ролика толкателя.
5.Построить график изменения угла давления по углу поворота кулачка.
III.Проектирование зубчатой передачи
1.Проверить проектируемую передачу на подрезание. Применить неравносмещенное зацепление. Рассчитать размеры эвольвентного зацепления.
2.Построить картину зацепления. Графическую часть выполнить на листе формата А1.
3.Определить рабочие участки профилей, дугу зацепления и коэффициент перекрытия.
4.Построить эпюры относительного скольжения профилей зубьев.
5.Рассчитать размеры и построить картину зацепления малого колеса z1
синструментальной рейкой без ее сдвига.
IV. Силовой расчет механизма
1.В одном из рабочих положений механизма подсчитать силы инерции
имоменты от сил инерции, используя данные кинематического анализа.
2.В этом же положении построением планов сил определить силы реакций во всех кинематических парах механизма и уравновешивающую силу. Последнюю приложить в точке B перпендикулярно AB. Силу полезного сопротивления определить по рис. 3. Графическую часть выполнить на листе формата А1.
3.Определить уравновешивающую силу с помощью рычага Жуковского. Расхождение в полученных результатах при определении уравновешивающей силы построением плана сил и рычагом Жуковского не должно превышать 2–3 %.
4.Определить потребную мощность двигателя для привода насоса, если коэффициент полезного действия 0,7 0,8.
87
V.Определение момента инерции маховика и его размеров
1.Подсчитать приведенные моменты от силы сопротивления (см. рис. 1 3) для 12 положений механизма. Все кинематические данные, необходимые для расчета приведенных моментов и кинетической энергии звеньев механизма, взять из первой части проекта и таблиц. Построить график изменения приведенного момента по углу поворота ведущего звена механизма. Графическую часть следует выполнить на листе формата А1.
2.По графику приведенного момента построить графическим интегрированием графики работ сил сопротивления и движущих сил, считая момент последних на валу машины постоянным для данного периода установившегося движения.
Рис. 3. Диаграмма усилий, действующих на звено 5 (ползун)
3.Построить диаграмму приращений кинетической энергии (избыточных работ) по углу поворота кривошипа.
4.Определить для 12 положений механизма кинетическую энергию звеньев, используя сведения таблицы исходных данных, и построить график изменения кинетической энергии звеньев по углу поворота кривошипа.
5.Определить по методу Мерцалова момент инерции маховика и его маховой момент. Допустимую степень неравномерности хода принять рав-
ной 0,08–0,1.
6.Определить вес и размеры маховика и произвести проверку на допустимую скорость на ободе.
88
Исходные данные к заданию № 8
Параметр |
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
|
|
|
||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Размеры звеньев механизма |
|
|
|
|
||||
|
|
a |
|
0,30 |
0,35 |
0,35 |
0,31 |
0,33 |
0,30 |
0,38 |
0,35 |
0,30 |
0,35 |
Размеры зве- |
|
lАВ |
|
0,16 |
0,17 |
0,20 |
0,15 |
0,17 |
0,18 |
0,20 |
0,16 |
0,15 |
0,17 |
|
lBC |
|
0,30 |
0,30 |
0,33 |
0,31 |
0,32 |
0,33 |
0,31 |
0,35 |
0,36 |
0,35 |
|
ньев меха- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lCЕ |
|
0,5 |
0,52 |
0,58 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,56 |
0,48 |
0,5 |
0,52 |
|
низма, м |
|
|
|||||||||||
|
lCD |
|
0,25 |
0,27 |
0,28 |
0,38 |
0,25 |
0,30 |
0,25 |
0,28 |
0,3 |
0,3 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
lЕF |
|
0,6 |
0,5 |
0,7 |
0,6 |
0,8 |
0,6 |
0,7 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
Число оборотов n, |
|
240 |
200 |
260 |
220 |
210 |
230 |
250 |
260 |
270 |
200 |
||
об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные |
для |
проектирования зубчатой передачи |
|
|
|
||||
Число зубьев |
|
z1 |
|
11 |
13 |
15 |
12 |
13 |
12 |
11 |
12 |
12 |
11 |
|
z2 |
|
19 |
27 |
21 |
20 |
22 |
18 |
25 |
18 |
22 |
18 |
|
Модуль m, |
мм |
|
8 |
10 |
6 |
12 |
9 |
10 |
8 |
9 |
12 |
8 |
|
|
|
|
|
|
Массы |
и моменты инерции звеньев |
|
|
|
|
|||
|
|
m2 |
|
0,65 |
0,55 |
0,50 |
0,70 |
0,56 |
0,60 |
0,65 |
0,55 |
0,70 |
0,75 |
Массы зве- |
|
m3 |
|
0,80 |
0,75 |
0,70 |
0,85 |
0,70 |
0,80 |
0,75 |
0,80 |
0,85 |
0,80 |
ньев, кг |
|
m4 |
|
0,55 |
0,50 |
0,45 |
0,53 |
0,60 |
0,48 |
0,52 |
0,50 |
0,58 |
0,54 |
|
|
m5 |
|
0,80 |
0,85 |
0,90 |
1,10 |
1,20 |
0,95 |
1,00 |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
Моменты |
|
IS2 |
|
0,045 |
0,04 |
0,045 |
0,05 |
0,04 |
0,045 |
0,040 |
0,035 |
0,05 |
0,055 |
инерции зве- |
|
IS3 |
|
0,03 |
0,03 |
0,035 |
0,035 |
0,025 |
0,03 |
0,025 |
0,03 |
0,035 |
0,03 |
ньев, кг м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IS4 |
|
0,06 |
0,11 |
0,09 |
0,07 |
0,065 |
0,08 |
0,06 |
0,05 |
0,07 |
0,08 |
|
|
|
|
|||||||||||
Сила сопротивле- |
|
420 |
450 |
500 |
520 |
580 |
710 |
630 |
600 |
580 |
470 |
||
ния, Fc max, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Данные |
для |
проектирования кулачкового механизма |
|
|
|||||
Высота подъема |
|
45 |
50 |
52 |
55 |
60 |
54 |
65 |
62 |
54 |
66 |
||
толкателя h, мм |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Фазовые |
|
φу |
|
110 |
60 |
90 |
100 |
80 |
60 |
120 |
70 |
100 |
90 |
|
φдс |
|
20 |
10 |
15 |
25 |
40 |
20 |
30 |
40 |
30 |
45 |
|
углы, |
|
|
|||||||||||
|
φпр |
|
90 |
180 |
120 |
90 |
140 |
150 |
90 |
110 |
120 |
60 |
|
|
|
|
|||||||||||
89
ЗАДАНИЕ № 9
Тема. Кинематическое и динамическое исследование механизмов
Содержание и последовательность выполнения проекта
I.Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма
1.Произвести структурный анализ рычажного механизма, состоящего из звеньев 0, 1, 2, 3, 4 и 5 (рисунок к заданию; исходные данные приведены
втаблице).
2.Построить положения звеньев механизма, соответствующие крайним положениям рабочего органа. Одно из крайних положений, соответствующее началу рабочего хода, взять для дальнейших расчетов за начальное.
3.Построить 12 планов положений механизма и определить графически траекторию движения центра тяжести шатуна, входящего в состав механизма.
4.Определить в 12 положениях механизма построением планов скорости и ускорения всех характерных точек механизма. Вращение кривошипа считать равномерным.
5.Используя планы положений механизма, построить диаграммы перемещения и пути рабочего органа в функции угла поворота кривошипа или времени. Методом графического дифференцирования диаграммы перемещения построить графики скорости и ускорения рабочего органа.
6.Построить графики угловой скорости и углового ускорения шатуна.
7.Построить годографы скорости и ускорения центра тяжести шатуна.
II.Профилирование кулачка
1.Построить в произвольном масштабе заданный закон изменения второй передаточной функции и методом графического интегрирования – график первой передаточной функции и функции положения ведомого звена.
2.Определить минимальный радиус кулачковой шайбы.
3.Построить центровой и практический профили кулачка.
4.Построить график изменения угла давления в функции угла поворота кулачка.
III.Проектирование зубчатой передачи
1. Из условия соосности определить недостающие числа зубьев колес редуктора. Модуль считать одинаковым для всех колес.
90