Кафедра «Механика композиционных материалов и конструкций»

Кафедра «Механика композиционных материалов и конструкций»

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

 

Тема: Гидромотор

Задание: № 4Д

Вариант: 1

 

Выполнил: студент
группы ТКА – 15-1бзу

Азимбаев Радик Саматович

 

Проверил: профессор

Поезжаева Елена Вячеславовна

 

 

 

Пермь 2016г.

Кинематическая схема

Схема механизма гидромотора и его развернутая индикаторная диаграмма

 

Гидромотор состоит из кривошипно-ползунного механизма 1,2,3.Распределительный золотник выполнен в виде толкателя кулачкового механизма, состоящего из звеньев 4,5. Кулачок получает вращение от главного вала 1 через зубчатую передачу z_Ш, z_К, z₁.

 

Исходные данные к заданию № 4Д
Параметры и идентификаторы	Вариант
Кривошипно-ползунный механизм
Частота вращения, с^-1	ω1
Длина кривошипа, м	l1·10^-1	0,4
Длина шатуна, м	l2·10^-1	1,8
Коорд.ЦМ кривош.,м	l3·10^-1	0,2
Коорд.ЦМ шатуна,м	l4·10^-1	0,9
Масса кривошипа,кг	m1
Масса шатуна,кг	m2·10^-1
Масса поршня,кг	m3	1,5
Момент инерции кривошипа, кгм^2	J0·10^-2
Момент инерции шатуна, кгм^2	JS2·10^-3
Неравномерность хода	δ ·10^-1	0,5
Усилие нагнетания, н	F·10^3
Зубчатая передача	zШ
	zК
	m,мм
Кулачковый механизм	h,мм
	φ^0y
	φ^0дс
	φc
Закон движения	параб

Содержание

 

1. Введение…………………………………………………………………..3

2. Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма…………..4

3. Кинематический анализ механизма…………………………………….6

4. Кинетостатический анализ механизма………………………………...12

5. Профилирование кулачка……………………………………………..16

6. Построение эвольвентного зубчатого зацепления…………………..20

7. Указания по выполнению расчётов для
курсового проекта по ТММ………………………………………...…..23

8. Заключение……………………………………………………………..30

10. Список литературы…………………………………………………….31

Введение

Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям безопасности обслуживающего персонала, а также эксплутационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям.

Проект содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных (роботов и манипуляторов) и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых, и др.).

Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических данных, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчёту механизмов и машин, кроме того прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.

В состав большинства проектных заданий входят, кроме шарнирно-рычажных механизмов, кулачковые, зубчатые и трансмиссионные механизмы-приводы, предназначенные для передачи движения к исполнительным органам.

Цель курсового проектирования привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения.

Курсовое проектирование ставит задачи:

1) оценка соответствия структурной схемы механизма основным условиям работы машины или прибора;

2) проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по основным и дополнительным условиям;

3) силовой анализ механизма с учётом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением; защита механизмов и машин от механических колебаний; определение мощности и выбор типа двигателя;

4) анализ режима движения механизма при действии заданных сил и расчёт маховика;

5) проектирование механизмов с прерывистым движением выходного звена;

6) проектирование зубчатых рядовых, планетарных механизмов и расчёт оптимальной геометрии зубчатых зацеплений;

7) уравновешивание механизмов с целью уменьшения динамических нагрузок на фундамент и уменьшения сил в кинематических парах.

При разработке комплексного задания на курсовой проект используются характерные механизмы, при проектировании которых усваиваются важнейшие методы синтеза и анализа механизмов.

Целесообразность принятия конкретных решений при проектировании механизмов обосновываются функциональным назначение данной машины.

 

Задача о положениях

 

Проектирование кривошипно-ползунного механизма. Найдем крайние положения механизма: начало и конец рабочего хода выходного звена. Начало рабочего хода найдем по формуле:

S'= = 0,04+0,18 = 0,22

где

- длина кривошипа ОА

- длина шатуна АВ

Конец рабочего хода выходного звена найдем по формуле:

S"= = 0,18-0,04 = 0,14

Рабочий ход

S=S' - S"=2r=0,04·2=0,08 [м].

Построим механизм в масштабе

m = _ОА / OA= = 0,001 [м/мм],

где ОА – длина звена на чертеже,

m - масштабный коэффициент длины звена.

Найдем длину звена АВ на чертеже

АВ = _AB/m = =180 [мм].

Покажем перемещение точек в двенадцати положениях механизма. Для этого разделим ок­ружность на 12 равных частей, используя метод засечек. Определим положения звеньев механизма.

Построим шатунную кривую. Для этого найдем центр тяжести каждого звена и соединим плавной линией.

Планы положений механизма используются для определения скоростей и ускорений в за­данных положениях.

Задача о скоростях

 

Кинематический анализ выполняется графоаналитическим методом, который отражает на­глядность изменения скоростей и обеспечивает достаточную точность. Скорость ведущего звена:

= 75·0,04 = 3 [мс^-1].

Запишем векторные уравнения:

V_B = V_A+V_ВА; V_B = V_В+V_BВ0,

где V_В0 = 0; V_A ^ OA; V_ВА ^ AB; V_B = V_BВ0 || оси движения выходного звена.

Величины векторов V_BA, V_B, V_S2 определим построением. Выберем масштабный коэффициент плана скоростей:

= = 0,05 [мс^-1/мм],

где pa - отрезок, характеризующий величину скорости на чертеже (мм). От произвольной точки р - полюса плана скоростей отложим вектор ра, перпендикулярный ОA. Через т. «а» проводим перпендикулярно звену АВ вектор АВ. Точка пересечения оси (выбранной в направлений движения) с этим вектором даст т. «в», соединив т. «в» с полюсом получим вектор скорости т. «в». Оп­ределим величину скорости т. «в»:

= 40·0,05 = 2 [мс^-1].

Положение т. S₂ на плане скоростей определим из пропорции:

 

Соединив т. S₂ с полюсом р, получим величину и направление скорости т. S2:

= 45·0,05 = 2,25 [мс^-1]

 

Определяем:

= 50·0,05 = 2,5 [мс^-1]

= 30·0,05 = 1,5 [мс^-1]

= 40·0,05 = 2 [мс^-1]

 

Определяем:

= 13,9 [с^-1]

Направление w2 определяется переносом вектора vba в т.В относительно т.А.

Пара-метр	Положение механизма
VBA мс^-1	2,25	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Vв МС^-1		-1,79	-2,89	-3	-2,31	-1,21		1,21	2,31		2,89	1,79
Vs1 мс^-1	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
VS2 мс^-1	1,5	2,1	2,85		2,56	1,88	1,5	1,88	2,56		2,85	2,1
Vs3 мс^-1		-1,79	-2,89	-3	-2,31	-1,21		1,21	2,31		2,89	1,79
w2 с^-1	16,7	14,5	8,5		-8,5	-14,5	-16,7	-14,5	-8,5		8,5	14,5

Годограф скоростей

Годограф скоростей - это геометрическое место векторов скорости t.S₂, в двенадцати положениях механизма приведем к одной точке и соединим их вершины плавной линией вектора скоростей центра масс звена.

 

Задача об ускорениях

 

Исследование механизма начинаем со входного звена, определяем ускорение точки А:

, т.к.

= 75² ·0,04 = 225 мс^-2.

 

Определяем масштабный коэффициент плана ускорений

= = 3,75 ,

где p₁a – вектор, характеризующий величину ускорения а_A на плане ускорений.

Переходим к исследованию группы 2²₂. Запишем векторные уравнения:

где aА – ускорение входного звена;

аⁿВА- нормальная составляющая относительного ускорения звена АВ, вектор этого ускорения на плане ускорений направлен параллельно звену АВ, к точке В.

= = 34 мс^-2,

а^t_ВА – тангенциальная составляющая относительного ускорения звена АВ, вектор этого ускорения направлен перпендикулярно звену АВ.

Построим план ускорений. Из произвольной точки P₁ - полюса откладываем вектора скоростей a_а и aⁿ_BA. Из конца вектора аⁿ_BA проводим вектор а^τ_BA перпендикулярный предыдущему вектору, до пересечения с осью движения звена, совершающего поступательное движение, по которой направлен вектор ускорения а_в.

Определим ускорение a_AB, соединив на плане ускорений точку а с точкой b. Вектора ускорений центров масс звеньев определяем используя теорему подобия.

Определим величины ускорений, замерив вектора на плане ускорений:

= 30·3,75 = 112,5 [мс^-2]

= 30·3,75 = 112,5 [мс^-2]

= 60·3,75 = 225 [мс^-2]

= 30·3,75 = 112,5 [мс^-2]

= 58·3,75 = 217,5 [мс^-2]

= 58·3,75 = 217,5 [мс^-2]

Определим угловое ускорение звена АВ, ε₂ = 625 с^-1

Параметр	Положение механизма
, мс-^2	112,5
, мс-^2
an, мм
ава, мс-^2	112,5
ав, мс-^2
аs11, мс-^2	112,5
аs2, мс-^2	217,5
аs3, мс-^2	217,5
ε2,с-^2

 

 

Задача об угловой скорости

Определим значение по формуле = = 13,89 [с^-1]

Используя данные расчёта механизма на ЭВМ, определяем масштабный коэффициент:

= 0,35[с^-1/мм],

 

где 00¹ вектор по оси у в нулевом положении

 

Строим график

Значение угловых скоростей звена АВ.

 

 

параметр	Положения механизма
				5
	70,4	66,2	60,8	63,6	67,4	61,7	61,8	65,2	66,6	58,6	56,8

 

ПРОФИЛИРОВАНИЕ КУЛАЧКА

При конструировании машин приходится подбирать тип механизма или серию механизмов, включаемых в состав машины, исходя из тех процессов, которые должны быть воспроизведены в машине во время работы. В тех случаях, когда перемещение, а, следовательно, скорость и ускорение ведомого звена должны измениться по заранее заданному закону, и особенно в тех случаях, когда ведомое звено должно временно остановится при непрерывном движении ведущего звена, наиболее просто вопрос решается применением кулачковых механизмов.

В задании на курсовой проект задаётся:

1. Закон движения ведомого звена – параболический.

2. Допускаемый угол давления - δ=30°, γ_min= 60°.

3. Максимальный ход ведомого звена – h = 8.

4. Фазовые углы в градусах – 𝜑_уд = 60°, 𝜑_дс = 10°, 𝜑_с = 100°.

 

Проектирование сводится к определению основных размеров кулачкового механизма и профилированию кулачка.

При рассмотрении законов движения вместо скорости и ускорения можно использовать пропорциональными им величинами первой и второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка.

Построение профиля кулачка

Построение профиля кулачка можно вести в любом масштабе. Из произвольной точки О₁ проводим окружность радиусом R_min. Через точку О₁ проводим луч О₁Т, который будет осью толкателя. Пересечение окружности с осью толкателя даёт низшее положение толкателя. На оси движения толкателя от точки нижнего положения О откладываем вверх перемещение толкателя, взятые из графика для фазы удаления и приближения. Полученные точки отмечаем цифрами, соответствующими углу поворота кулачка. Наиболее удалённую точку перемещения толкателя обозначим С. Из точки О₁, радиусом О₁С проводим окружность на которой откладываем фазовые углы, используя метод обращённого движения. Начало отсчёта фазовых углов служит луч О₁С, отсчёт ведётся в направлении против угловой скорости движения кулачка. Дуги окружности радиуса О₁С,

соответствующие фазовым углам удаления и приближения делим на 6 равных частей, в соответствии с графиком перемещения. Через точки деления проводим лучи из центра О₁. Затем из О₁ проводим дуги радиусом О₁1, О₁2, О₁3 и так далее до пересечения с соответствующими лучами.

Совокупность последовательных положений толкателя даёт центровой профиль кулачка. Определяем радиус ролика и строим рабочий профиль кулачка.

Замеряем на совмещённом графике углы передачи движения и давления, которые должны быть .

 

Значение углов давления для каждой фазы движения.

 

 

Заключение

 

В ходе выполнения курсовой работы получены следующие результаты:

1. Определён закон движения, траектория и кинематические характеристики выходного звена.

2. Силовым расчётом определенны реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент.

3. Выполнен расчёт маховика путём определения его момента инерции и геометрических параметров, а также окружной скорости.

4. Выполнен синтез кулачкового механизма по его рабочему процессу и динамическим условиям работы.

5. Выполнен синтез зубчатой передачи и определены качественные характеристики зацепления двух колёс.

 

Список литературы

1. Фролов В.К. Теория механизмов и механика машин / В.К.Фролов. - М.: Изд-во МВТУ им. Э.А. Баумана, 2005. - 662 с.

2. Поезжаева Е.В. Теория механизмов и механика машин: учеб. пособие / Е.В. Поезжаева. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 122 с.

3. Поезжаева Е.В. Проектирование эвольвентных зубчатых пере­дач: учеб. пособие / Е.В. Поезжаева. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. - 80 с.

4. Поезжаева Е.В. Лабораторный практикум по теории механиз­мов и робототехники: учеб. пособие / Е.В. Поезжаева. - Пермь: Изд­во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 120 с.

5. Поезжаева Е.В. Синтез кулачковых механизмов: учеб пособие / Е.В. Поезжаева.- Пермь: Изд-во Пермь. гос. техн. ун-та, 2009.-108с.

6. Поезжаева Е.В. Курсовое проектирование по теории механизмов и механики систем машин: учеб пособие / Е.В. Поезжаева.- Пермь: Изд-во Пермь. гос. техн. ун-та, 2009.-500с.

 

Кафедра «Механика композиционных материалов и конструкций»

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

 

Тема: Гидромотор

Задание: № 4Д

Вариант: 1

 

Выполнил: студент
группы ТКА – 15-1бзу

Азимбаев Радик Саматович

 

Проверил: профессор

Поезжаева Елена Вячеславовна

 

 

 

Пермь 2016г.

Кинематическая схема

Схема механизма гидромотора и его развернутая индикаторная диаграмма

 

Гидромотор состоит из кривошипно-ползунного механизма 1,2,3.Распределительный золотник выполнен в виде толкателя кулачкового механизма, состоящего из звеньев 4,5. Кулачок получает вращение от главного вала 1 через зубчатую передачу z_Ш, z_К, z₁.

 

Исходные данные к заданию № 4Д
Параметры и идентификаторы	Вариант
Кривошипно-ползунный механизм
Частота вращения, с^-1	ω1
Длина кривошипа, м	l1·10^-1	0,4
Длина шатуна, м	l2·10^-1	1,8
Коорд.ЦМ кривош.,м	l3·10^-1	0,2
Коорд.ЦМ шатуна,м	l4·10^-1	0,9
Масса кривошипа,кг	m1
Масса шатуна,кг	m2·10^-1
Масса поршня,кг	m3	1,5
Момент инерции кривошипа, кгм^2	J0·10^-2
Момент инерции шатуна, кгм^2	JS2·10^-3
Неравномерность хода	δ ·10^-1	0,5
Усилие нагнетания, н	F·10^3
Зубчатая передача	zШ
	zК
	m,мм
Кулачковый механизм	h,мм
	φ^0y
	φ^0дс
	φc
Закон движения	параб

Содержание

 

1. Введение…………………………………………………………………..3

2. Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма…………..4

3. Кинематический анализ механизма…………………………………….6

4. Кинетостатический анализ механизма………………………………...12

5. Профилирование кулачка……………………………………………..16

6. Построение эвольвентного зубчатого зацепления…………………..20

7. Указания по выполнению расчётов для
курсового проекта по ТММ………………………………………...…..23

8. Заключение……………………………………………………………..30

10. Список литературы…………………………………………………….31

Введение

Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям безопасности обслуживающего персонала, а также эксплутационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям.

Проект содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных (роботов и манипуляторов) и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых, и др.).

Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических данных, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчёту механизмов и машин, кроме того прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.

В состав большинства проектных заданий входят, кроме шарнирно-рычажных механизмов, кулачковые, зубчатые и трансмиссионные механизмы-приводы, предназначенные для передачи движения к исполнительным органам.

Цель курсового проектирования привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения.

Курсовое проектирование ставит задачи:

1) оценка соответствия структурной схемы механизма основным условиям работы машины или прибора;

2) проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по основным и дополнительным условиям;

3) силовой анализ механизма с учётом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением; защита механизмов и машин от механических колебаний; определение мощности и выбор типа двигателя;

4) анализ режима движения механизма при действии заданных сил и расчёт маховика;

5) проектирование механизмов с прерывистым движением выходного звена;

6) проектирование зубчатых рядовых, планетарных механизмов и расчёт оптимальной геометрии зубчатых зацеплений;

7) уравновешивание механизмов с целью уменьшения динамических нагрузок на фундамент и уменьшения сил в кинематических парах.

При разработке комплексного задания на курсовой проект используются характерные механизмы, при проектировании которых усваиваются важнейшие методы синтеза и анализа механизмов.

Целесообразность принятия конкретных решений при проектировании механизмов обосновываются функциональным назначение данной машины.