Задание на проведение кинематического и динамического анализа механизма

Т. В. ВИНОГРАДОВА, Ю. В. КУЛИДА

АНАЛИЗ ПЛОСКИХ

РЫЧАЖНЫХМЕХАНИЗМОВ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург

2017

УДК 621.81

Рецензенты: канд. техн. наук доц. Б.С. Доброборский (СПбГАСУ); канд. техн. наук доц. Я.С. Ватулин (ПГУПС)

Виноградова, Т. В.

Анализ плоских рычажных механизмов: учеб.-метод. пособие. / Т. В. Виноградова, Ю. В. Кулида; СПбГАСУ – СПб., 2017. – 62 с.

ISBN

Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с программами и учебными планами дисциплины «Теория машин и механизмов», также раздела, изучающего теорию машин и механизмов в составе дисциплин «Механика» и «Прикладная механика». Содержит методические указания по курсовому проектированию в рамках курса дисциплины «Теория машин и механизмов».

В пособии изложена методика выполнения заданий по исследованию кинематики и динамики механизмов. Приведены методы анализа механизмов с помощью графических построений и графоаналитические методы анализа плоских рычажных механизмов.

Издание содержит примеры выполнения кинематического и силового анализа плоских рычажных механизмов и альбом заданий для курсового проектирования при изучении дисциплины «Теория машин и механизмов» и задач, предлагаемых при изучении дисциплин «Прикладная механика» и «Механика».

Библиогр. назв. 6., табл. 2, ил. 36

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПбГАСУ в качестве учебно-методического пособия.

ISBN

© Т.В. Виноградова, Ю.В. Кулида, 2017

© Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет, 2017

Введение

При проектировании большинство современных машин можно представить по схеме (рис. 1.1) двигатель (М) – передаточный механизм – рабочий орган технологической машины, или исполнительный механизм (ИМ). 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. Иными словами, привод машины – это устройство, предназначенное для преобразования подводимой первичной энергии в механическую работу, выполняемую исполнительными органами машины.

Рис. 1.1. Блок-схема машины

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

Сущность аналитических методов анализа механизма заключается в том, что его кинематические и динамические характеристики определяются в виде аналитических выражений, содержащих конечное число алгебраических или тригонометрических операций, при этом аналитические выражения могут определять функцию явно, неявно или параметрически. Эта часть расчетов выполняется с помощью ЭВМ.

Графоаналитические методы анализа механизма представляют собой графическое вычисление, которое основано 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 расчетах с помощью ЭВМ необходимо иметь представление о машине в целом, параметры которой рассчитываются, и о механизмах, входящих в состав машины. Поэтому, перед тем как приступить к исследованию механизма с помощью ЭВМ, необходимо разобраться в логической структуре используемой программы и в особенностях её работы, а также подробно изучить кинематическую схему рычажного механизма.

Допускаемое расхождение при вычислении по аналитическим формулам и при использовании графоаналитических методов составляет 5…10%.

Задание на проведение кинематического и динамического анализа механизма

Основным содержанием этой курсовой работы является исследование структуры, кинематики и динамики заданного плоского рычажного механизма и определение параметров привода машины.

Курсовая 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 механизма.

7. Выбрать по каталогу электродвигатель. Выбор осуществляется по мощности Р_дв. Для выбранного электродвигателя выписать отдельно 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 ступени зубчатого механизма.

9. Оформить пояснительную записку, которая должна включать:

9.1. Общую структурную схему машины с заданным рычажным механизмом;

9.2. Структурную схему механизма с исходными данными по структурным группам, дополнив расчетом степени подвижности W механизма;

9.3. Графики и таблицы скорости и ускорения движения исполнительного органа (ползуна) с численными значениями для 6 положений;

9.4. График задания внешней нагрузки, а также график и таблицу значений приведенного момента сил;

9.5. График и таблицу значений приведенного момента инерции;

9.6. Механические характеристики электродвигателя;

9.7. Исходные данные для расчета редуктора;

9.8. Результаты расчета геометрических размеров редуктора;

9.9. График истинного закона изменения угловой скорости главного вала (кривошипа) за полный оборот ω_кр = f(φ_кр) с оценкой неравномерности вращения.

Графическая часть задания выполняется на листах формата А2 или А3, где должно быть изображено следующее:

- схема механизма с построением плана положений;

- план скоростей и ускорений для заданного положения механизма;

- план сил и определение уравновешивающих и приведённых сил и моментов методом «рычага Н.Е. Жуковского»;

- диаграмма энергомасс.