Структурный,  кинематический  и  силовой  анализ  плоского механизма

Задание включает три задачи по исследованию плоского механизма (1.1-1.3)

Требуется выполнить структурный, кинематический и силовой анализ плоских механизмов, представленных на рисунках 1-10 (10 схем). Данные, согласно варианту, взять из таблиц 1-10.

Задача 1.1 Структурный анализ механизма

Требуется:

1.Изобразить структурную схему механизма в произвольном масштабе. 2.Составить таблицу кинематических пар и звеньев механизма.

 

 

                                                                                            

Кинематическая пара	Название кинематической пары	Класс кинематической пары	Степень подвижности кинематической пары	Какими звеньями образована

 

3.Определить число степеней свободы механизма по формуле Чебышева.

4.Разложить механизм на структурные группы Ассура.

5.Определить класс группы  Ассура и всего механизма.

6.Написать формулу строения механизма.

Задача 1.2 Кинематическое исследование механизма

Требуется:

1. Построить план механизма для заданного положения кривошипа в масштабе методом засечек.

2. Определить крайние положения механизма.

3. Построить кинематическую схему механизма на построенном плане (п.1) для 12 равноотстоящих положений ведущего звена.  За начальное (нулевое) принять положение в котором рабочее звено находится в начале рабочего хода, т.е. в самом крайнем положении.

4. Построить траекторию движения точки, лежащей на середине шатуна (шатунная кривая).

5. Построить диаграмму перемещения ведомого звена механизма в масштабе плана механизма. Путем графического дифференцирования полученной диаграммы построить график скорости, а методом графического дифференцирования графика скорости построить график ускорения ведомого звена. Определить масштабы диаграмм.

6. Построить планы скоростей и ускорений для заданного положения механизма  с использованием масштаба и написанием векторных уравнений.

7. Определить скорость и ускорение для всех точек звеньев механизма, а также ускорения  центров масс  и угловые ускорения звеньев. Центры масс принять на середине звеньев.

Задача 1.3  Силовое исследование плоского механизма

Требуется:

1. Вычертить в масштабе структурную группу Ассура при заданном положении механизма. Предварительно вычислить все силы, приложенные к его звеньям (силы тяжести, силы и моменты сил инерции, силу сопротивления и искомые силы реакций в кинематических парах) и указать их в соответствующих точках.

2. Определить реакции в кинематических парах (предварительно задавшись масштабом плана сил) методом построения плана сил.

3.Определить уравновешивающую силу, действующую на кривошип, двумя методами: из условий равновесия входного звена механизма и рычага Жуковского.

4.Найти  мощность, подводимую к кривошипу.

 

Варианты схем механизмов

Схема 1 (рис.1, табл. 1)

Рис. 1 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 1

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,3	0,2	0,2	0,3	0,5	0,4	0,3	0,2	0,4	0,2
b, м	0,75	0,8	0,8	0,6	0,5	0,5	0,6	0,4	0,3	0,6
ℓOA,м	0,2	0,18	0,15	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,15	0,2
ℓAB, м	0,75	0,6	0,6	0,6	0,75	0,55	0,6	0,6	0,5	0,6
ℓBС,м	0,6	0,4	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5	0,4	0,6
n 1,об/мин	60	120	180	240	150	90	210	120	150	60
φ, град	40	30	60	45	90	105	120	135	150	165
m 1,кг	20	18	15	20	30	20	30	20	15	20
m 2,кг	110	80	75	80	120	75	85	80	70	75
m 3,кг	100	40	40	50	60	60	40	50	40	60
Js 2,кг·м^2	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5	0,6	0,6	0,5	0,6
Js 3,кг·м^2	0,6	0,6	0,4	0,4	0,5	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4
Р nc,кН	1,5	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,1	1,2	1,4	1,5

 

Схема 2 (рис. 2, табл.2)

 

Рис. 2 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

 

Таблица 2

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,6	0,5	0,4	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4	0,4	0,5
b, м	0,5	1,2	0,5	0,8	0,7	0,8	0,9	1,0	0,8	0,7
ℓOA,м	0,18	0,15	0,3	0,25	0,18	0,2	0,15	0,2	0,15	0,2
ℓA D,м	0,7	1,4	0,7	0,8	0,7	0,6	1,0	1,1	0,7	0,6
ℓ D С,м	0,3	0,4	0,5	0,4	0,5	0,6	0,5	0,4	0,5	0,6
n 1,об/мин	30	60	120	90	180	210	240	60	270	30
φ, град	0	15	30	45	60	75	90	120	135	150
m 1,кг	30	25	10	10	8	10	10	10	30	10
m 2, кг	75	85	60	50	65	75	50	55	60	70
m 3,кг	35	30	40	25	50	70	25	20	25	30
Js 2, кг·м^2	1,0	0,8	1,0	0,6	1,2	1,4	0,8	1,0	1,2	0,8
Js 3,кг·м^2	0,8	0,6	0,6	0,8	0,8	0,6	0,8	1,0	1,0	0,6
Р nc, кН	1,2	1,0	0,8	0,6	1,0	0,6	0,8	1,0	1,2	1,0

 

Схема 3 (рис. 3, табл.3)

 

Рис. 3 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

 

Таблица 3

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOС,м	0,6	0,85	0,8	0,9	0,9	0,75	0,85	0,7	0,65	0,8
ℓOA,м	0,15	0,2	0,25	0,18	0,2	0,3	0,25	0,2	0,2	0,2
ℓAВ,м	0,7	0,8	0,9	1,0	0,75	0,85	0,95	0,9	0,8	1,0
ℓВС,м	0,3	0,4	0,4	0,4	0,5	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5
n 1,об/мин	60	90	180	210	240	270	30	300	330	120
φ,град	15	45	75	30	120	135	150	165	90	105
m 2,кг	70	80	90	100	75	85	95	110	100	120
m 3, кг	40	50	45	60	70	40	50	60	40	50
Js 2,кг·м^2	1,2	1,1	1,0	1,2	1,1	1,4	1,6	1,5	1,7	1,8
Js 3,кг·м^2	0,8	0,9	0,8	0,7	0,9	0,6	0,75	0,85	0,7	0,8
Р nc, кН	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	0,8	0,7	0,9

 

 

Схема 4 (рис. 4, табл. 4)

 

Рис. 4 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

Таблица 4

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA,м	0,2	0,15	0,02	0,3	0,4	0,3	0,3	0,5	0,3	0,4
ℓAВ,м	0,6	0,7	0,8	0,65	0,75	0,85	0,9	,95	1,0	0,8
n 1,об/мин	120	150	180	90	120	240	270	300	60	30
φ,град	15	30	45	60	75	165	105	135	120	150
m 2,кг	60	70	80	65	75	85	90	90	100	80
m 3,кг	30	40	40	30	40	50	50	60	60	40
Js 2, кг·м ^2	1,6	1,4	1,8	1,5	1,6	1,2	1,4	1,8	1,0	1,2
Р nc, кН	4,0	5,0	6,0	3,0	7,0	8,0	9,0	7,5	6,5	5,0

 

 

Схема 5 (рис. 5, табл.5)

Рис. 5 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

Таблица 5

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,4	0,5	0,3	0,6	0,4	0,5	0,3	0,6	0,7	0,7
b, м	0,1	0,15	0,2	0,12	0,14	0,16	0,18	0,17	0,19	0,2
м	0,15	0,1	0,25	0,2	0,2	0,15	0,25	0,1	0,2	0,18
ℓAB, м	0,5	0,25	0,45	0,6	0,4	0,5	0,6	0,3	0,5	0,6
	0,5	0,6	0,4	0,7	0,5	0,6	0,5	0,6	0,7	0,7
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	150	135
n 1, об/мин	60	90	120	150	180	210	300	240	270	330
m 2, кг	100	110	80	90	120	130	80	50	60	45
m 3, кг	50	60	40	50	60	70	40	50	60	40
Js 2, кг·м^2	1,0	1,2	1,4	2,0	1,8	1,6	1,5	1,7	1,1	1,3
Js 3, кг·м^2	0,7	0,6	0,8	0,9	1,0	1,1	1,0	0,8	0,6	0,7
Р n c , кН	1,5	1,6	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0	1,7	2,0	0,8

 

Схема 6 (рис. 6, табл.6)

Рис. 6 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 6

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,2	0,2	0,35	0,22	0,6	0,28	0,26	0,34	0,26	0,2
b, м	0,1	0,05	0,07	0,11	0,36	0,09	0,08	0,07	0,08	0,1
ℓOA, м	0,15	0,2	0,25	0,2	0,25	0,2	0,25	0,3	0,2	0,2
ℓAB, м	0,4	0,5	0,5	0,45	0,6	0,5	0,4	0,45	0,5	0,4
	0,5	0,4	0,6	0,6	0,45	0,3	0,8	0,8	0,4	0,6
n 1, об/мин	120	150	180	210	240	270	300	360	90	60
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
m 2, кг	60	40	80	60	50	40	80	100	60	80
m 3, кг	50	30	60	50	40	30	60	80	40	60
Js 2, кг·м^2	2,0	1,8	1,6	1,8	1,4	1,5	2,0	1,6	1,8	1,4
Js 3, кг·м^2	1,2	0,8	1,0	1,2	1,0	1,4	1,5	0,9	0,8	0,6
Р nc, кН	1,1	1,3	1,2	1,4	1,5	1,6	1,7	1,0	1,4	1,3

 

Схема 7 (рис. 7, табл.7)

Рис. 7 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

Таблица 7

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,4	1,0	2,0	1,5	0,8	0,6	1,2	0,7	1,0	0,3
ℓ AB, м	1,6	3,2	6,5	5,5	2,5	2,8	4,0	2,2	3,6	1,1
ℓАЕ, м	0,5	0,8	1,0	0,8	0,6	0,5	0,9	0,6	0,7	0,3
ℓOС= ℓAС, м	0,28	0,65	1,2	1,3	0,6	0,4	0,8	0,55	0,7	0,3
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300
m 2, кг	100	200	300	150	80	60	120	70	100	40
m 3, кг	30	60	90	80	60	50	70	40	60	20
Js 2, кг·м^2	0,8	0,6	0,7	0,5	0,4	0,9	0,7	0,5	1,0	0,4
Р nc, кН	1,6	1,4	1,5	1,3	1,45	1,55	1,7	1,8	1,9	1,75

 

Схема 8 (рис. 8, табл.8)

Рис. 8 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 8

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,55	0,75	0,9	1,15	1,3	1,5	1,7	2,0	0,22	0,24
ℓAB, м	1,8	2,4	2,8	3,5	4	5	5,4	6	0,6	0,64
ℓВС, м	1,5	1,6	2	3	3,5	3	3,5	5	0,55	0,6
ℓВЕ, м	0,3	0,4	0,5	0,5	0,3	0,4	0,5	0,6	0,3	0,25
ℓЕ D = ℓ D А, м	1,6	1,75	2	2,7	3,2	3,75	3,9	4,5	0,55	0,52
ℓОС, м	1,2	2	2,4	2,5	3	4	4,5	4	0,45	0,4
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	60	90	150	120	180	210	270	240	300	30
m 1, кг	10	15	20	30	40	50	60	80	4	3
m 2, кг	30	50	60	90	120	150	200	240	15	20
m 3, кг	0,6	0,8	0,4	0,2	0,3	0,5	0,7	0,6	0,1	0,1
Js 2, кг·м^2	0,4	0,6	0,2	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,1	0,1
Js 3, кг·м^2	1,8	2,4	2,8	3,5	4	5	5,4	6	0,6	0,64
М, Н·м	30	40	50	20	80	70	90	100	10	20

 

Схема 9 (рис. 9, табл.9)

 

Рис. 9 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 9

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0, 55	0,75	0,90	1,15	1,30	1,50	1,70	2	0,22	0,24
ℓAB, м	2,50	3,20	3,55	5	6	7	7,30	6,40	0,88	0,90
ℓ A Е, м	0,70	0,80	0,75	1,50	2	2,10	1,90	2,40	0,28	0,25
ℓ DB = ℓ DC, м	1,50	1,60	2	3	3,50	3	3,50	5	0,55	0,60
ℓВС, м	0,90	0,95	1,10	1,60	1,90	1,70	1,80	2,80	0,30	0,40
ℓОС, м	1,20	2	2,40	2,50	3	4	4,50	4	0,45	0,40
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	120	90	60	30	150	180	210	240	270	300
m 1, кг	10	15	20	25	30	40	45	50	5	8
m2, кг	50	60	70	80	90	100	120	90	20	25
m 3, кг	30	40	45	50	55	60	70	50	10	15
Js 2, кг·м^2	0,60	0,80	1	0,40	0,60	0,60	0,80	1	0,20	0,40
Js 3, кг·м^2	0,80	1	1,20	0,60	0,80	1	0,60	1,20	0,40	0,20
М, Н·м	20	30	40	50	80	70	60	90	40	20

 

Схема 10 (рис. 10, табл.10)

Рис. 10 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

 

Таблица 10

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2,4	0,2	0,4
ℓAB, м	1,8	2,4	3	3,4	3,6	4	5,5	6	0,7	0,8
ℓАЕ, м	0,8	1,2	0,8	1,8	0,9	2	2,5	0,8	0,2	0,3
ℓЕ D = ℓ D В, м	1,6	2,5	2,2	3,2	3	3,9	5	4	0,6	0,7
а, м	0,3	0,4	0,3	0,25	0,4	0,5	0,6	0,8	0,1	0,2
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	123	135	150
n 1, об/мин	60	90	30	120	180	150	210	240	270	300
m 1, кг	10	20	30	40	50	60	70	80	5	6
m 2, кг	30	30	90	120	150	200	210	240	15	20
m 3, кг	20	40	70	100	110	120	120	140	10	15
Js 2, кг·м^2	0,6	0,4	0,8	0,5	1	1,2	0,7	1,6	0,2	0,3
Р nc,кН	0,8	1	1,2	0,6	0,7	0,5	0,9	1,1	0,2	0,3

 

 

Задание 2