Критерии выбора типа привода машин

Силовой расчёт зуб.передач:

При проведении расчета нам необходима информация о размерах зубчатых колес и положении контактной нормали в высшей КП. Для эвольвентной передачи необходимо знать радиусы основных r_b1 , r_b2 или начальных окружностей r_w1 , r_w2 и угол зацепления a_w, т.к

r_bi =r_w1 × cos a_w .

По этим размерам в масштабе изображается кинематическая схема механизма, на которую наносятся все известные силы и моменты. Главные вектора и моменты сил инерции рассчитываются по формулам

Ф_i = - m_i× a_Si, M_Фi = I_Si×e_i ,

так как кинематические параметры a_Si, e_i механизма при кинетостатическом расчете заданы.

Определим подвижность, число избыточных связей в механизме, а также число неизвестных в силовом расчете:

W_пл = 3× 2 - 2×2 - 1×1 = 1, q_пл = 1 + 0 - 1 = 0, n_s = 2×2 + 1×1 + 1 = 6,

т.е. в нашем механизме неизвестно 6 компонент реакций, для решения задачи силового расчета необходимо составить 6 уравнений кинетостатики. Структурный анализ механизма показывает, что механизм состоит из одного первичного механизма (звено 1 и стойка) и монады (структурной группы, состоящей из одного звена 2). Анализ начнем со второго звена так, как к нему приложен заданный момент спротивления.

1. Звено 2.

Уравнения равновесия для звена 2:

векторное уравнение силового равновесия

å F = 0; F₂₁ + G₂ + F₂₀ = 0;

уравнение моментов относительно точки В

å M_B = 0; M_c2 + M_Ф2 + F₂₁× r_b2 = 0.

В начале решается уравнение моментов и определяется величина силы F₂₁. Затем графически в масштабе m_F, по векторному уравнению сил строится многоугольник сил (рис.25), из которого определяется величина и направление реакции F₂₀.

2. Звено 1.

Расчетная схема для звена 1 приведена на рис. 26. Уравнения равновесия для звена 1:

векторное уравнение силового равновесия

å F = 0; F₁₂ + G₁ + F₁₀ = 0;

уравнение моментов относительно точки А

å M_А = 0; M_c1 - M_Ф1 + F₁₂× r_b1 = 0.

Для звена 1 движущий момент M_д1 рассчитывается по уравнению моментов, а величина и направление реакции F₁₀ определяется графически (рис.27), построением плана сил в масштабе m_F.

Теорема Жуковского

: Если векторы всех сил, приложенных в различных точках звеньев и уравновешенных на механизме, перенести параллельно самим себе в одноименные точки повернутого плана скоростей, то сумма моментов всех указанных сил относительно полюса плана будет равна нулю (повернутый план скоростей- это обыкновенный план, повернутый на 90° в любую сторону)
15)Привед.масс в рычажн.и зуб.Мех-ах:

Чтобы найти приведенную массу или приведенный момент инерции надо найти кинетическую энергию всех звеньев механизма и приравнять ее к кинетической энергии звена приведения. Кинетическая энергия звена приведения выражается через приведенную массу mП(кр) либо через приведенный момент инерции () 2 I П кг× м. При плоскопараллельном движении звена его кинетическая энергия находится из выражения:Т= В выражении первое слагаемое это кинетическая энергия вращательного движения, а второе- поступательного. S- центр тяжести звена. Кинетическая энергия всего механизма равна сумме кинетических энергий всех звеньев: T=å( Где n- число подвижных звеньев в механизме. Уравнения кинетической энергии звена приведения, выраженные через массу mП и момент инерции Iп, имеют вид: Т= ; Т= где ν- скорость точки приведения. Iп - приведенный момент инерции относительно оси вращения. Приравняв правые части сначала,а затем получаем приведенную массу mП и приведенный момент инерции IП: å[I( +mi( ] Iп=å[Is( +mi( ]
16)Динамич.модель мех-ма:

Положение механизма с W = 1 вполне определяется од- ной координатой, которая называется обобщенной коор- динатой. В качестве обобщенной координаты чаще всего принимают угловую координату звена, совершающего вра- щательное движение. В этом случае динамическая модель будет (рис. 6.7) представлена в виде: ϕ1 = ϕM — обобщенная угловая координата модели; ω1 = ωM— угловая скорость модели; пр Σ M — суммарный приведенный момент (обобщенная сила — эквивалент всей заданной нагрузки, приложенной к механизму); пр Σ J — суммарный приведенный момент инерции, являю- щийся эквивалентом инерционности механизма.
17)Привед.момент инерции на вале привед.: ; ; . Для всего механизма энергия равна: Т = T1+3Т2+ТH. Кинетическая энергия звена приведения равна Т=Iп . Приравняв правые части выражений (T) и подставляя в них значения их величин, получаем приведенный момент инерции механизма: +

18).Неравномерность хода машин: Важной задачей является наивыгоднейшее соотношение сил, масс и скоростей звеньев механизма. Но скорости почти всегда колеблются, что: 1) вызывает дополнительные динамические нагрузки в кинематических парах; 2) понижает КПД машины и её надёжность; 3) могут вызвать значительные упругие колебания в звеньях или машине (потеря прочности и мощности); 4) могут ухудшить тот технологический процесс, который выполняет машина или механизм. Колебания скоростей могут быть периодическими (при установившемся движении) и непериодическими. Регулирование колебаний скоростей при установившемся движении обычно выполняется подбором масс звеньев, которые аккумулируют, а затем отдают энергию. Часто в качестве масс используют маховик. Используют при изучении понятие средней скорости механизма.
19)Роль маховика: Рассмотрим роль маховика. В процессе расширения газов ДВС вырабатывает энергии больше, чем потребляет генератор. Избыток ее идет на т. е. прежде всего на увеличение кинетической энергии маховика. Во время процесса сжатия газов ДВС сам потребляет энергию на совершение работы сжатия. Генератор в это время также продолжает забирать энергию с вала ДВС. Оба эти расхода энергии возмещаются за счет кинетич.энергии, т.е. в основном за счет уменьшения кинетической энергии маховика. Таким образом, маховик то накапливает кинетическую энергию, когда работа двигателя оказывается в избытке, то отдает часть ее. Чем больше момент, тем выше аккумулирующая способность маховика. Аккумулирующая способность маховика используется не только для обеспечения допустимой неравномерности хода машин. Так, в автомашинах маховик содействует троганию автомобиля с места. Маховики непременно применяются в машинах ударного действия — молотах, прокатных станах и других, помогая электродвигателю во время удара

Методы гашения колебаний

Динамические гасители или антивибраторы широко применяются в машинах работающих в установившихся режимах для отстройки от резонансных частот. Динамические гасители могут быть выполнены в виде упругого или физического маятника.Виды: Пружинный одномассный инерционный гаситель, Катковый инерционный динамический гаситель, Маятниковые инерционные динамические гасители, Ударные гасители колебаний, пружинныеударные гасители

Силовой расчёт зуб.передач:

При проведении расчета нам необходима информация о размерах зубчатых колес и положении контактной нормали в высшей КП. Для эвольвентной передачи необходимо знать радиусы основных r_b1 , r_b2 или начальных окружностей r_w1 , r_w2 и угол зацепления a_w, т.к

r_bi =r_w1 × cos a_w .

По этим размерам в масштабе изображается кинематическая схема механизма, на которую наносятся все известные силы и моменты. Главные вектора и моменты сил инерции рассчитываются по формулам

Ф_i = - m_i× a_Si, M_Фi = I_Si×e_i ,

так как кинематические параметры a_Si, e_i механизма при кинетостатическом расчете заданы.

Определим подвижность, число избыточных связей в механизме, а также число неизвестных в силовом расчете:

W_пл = 3× 2 - 2×2 - 1×1 = 1, q_пл = 1 + 0 - 1 = 0, n_s = 2×2 + 1×1 + 1 = 6,

т.е. в нашем механизме неизвестно 6 компонент реакций, для решения задачи силового расчета необходимо составить 6 уравнений кинетостатики. Структурный анализ механизма показывает, что механизм состоит из одного первичного механизма (звено 1 и стойка) и монады (структурной группы, состоящей из одного звена 2). Анализ начнем со второго звена так, как к нему приложен заданный момент спротивления.

1. Звено 2.

Уравнения равновесия для звена 2:

векторное уравнение силового равновесия

å F = 0; F₂₁ + G₂ + F₂₀ = 0;

уравнение моментов относительно точки В

å M_B = 0; M_c2 + M_Ф2 + F₂₁× r_b2 = 0.

В начале решается уравнение моментов и определяется величина силы F₂₁. Затем графически в масштабе m_F, по векторному уравнению сил строится многоугольник сил (рис.25), из которого определяется величина и направление реакции F₂₀.

2. Звено 1.

Расчетная схема для звена 1 приведена на рис. 26. Уравнения равновесия для звена 1:

векторное уравнение силового равновесия

å F = 0; F₁₂ + G₁ + F₁₀ = 0;

уравнение моментов относительно точки А

å M_А = 0; M_c1 - M_Ф1 + F₁₂× r_b1 = 0.

Для звена 1 движущий момент M_д1 рассчитывается по уравнению моментов, а величина и направление реакции F₁₀ определяется графически (рис.27), построением плана сил в масштабе m_F.

критерии выбора типа привода машин

Выбор типа привода является частью общей задачи разработки и создания машины новой конструкции. При этом необходимо учитывать

1) назначение механизма или машины, для которой проектируется данный привод;

2) наличия того или иного источника энергии;

4) характер нагрузки на привод;

5) кинематические параметры машины, т. е. необходимые угловые и линейные перемещения, скорости, законы движения исполнительного устройства машины.

6) число точек и точность позиционирования или точность воспроизведения движения машины;

7) режима работы привода и обеспечения соответствующей механической характеристики;

8) физическое состояние объекта, перемещаемого исполнительным устройством машины (твердое, хрупкое, жидкое тело);

9) условия эксплуатации машины и прежде всего характеристики окружающей среды: пожароопасность, загрязнение, температуру, механические воздействия, ресурс, экономичность и другие факторы.

12)Опред.сил по индик.диаграмам ДВС и компресс.: Рассмотрим определение движущей силы по индикаторной диаграмме двухтактного ДВС, (рис. 4.8)

Индикаторная диаграмма - это зависимость давления газа в цилиндре от перемещения S поршня. Рабочий цикл происходит за один оборот вала

Рис.4.8 Рассмотрим характерные участки индикаторной диаграммы. Участок "ав " — расширение газов и превращение тепловой энергии в механическую работу; Участок "вс " - выброс газов в атмосферу с последующей продувкой цилиндра. В точке "с " этот процесс заканчивается и начинается обратный ход поршня. Участок "се "- обратный ход поршня с изменением давления. В точке "d " продувка заканчивается и начинается сжатие, до точки "е ". В точке "е " происходит воспламенение смеси и далее на участке "еа " идет процесс сгорания смеси. Затем на участке "ав " цикл повторяется. Итак, полный рабочий цикл совершается за 2хода поршня (прямой и обратный), или за один оборот коленчатого вала. Ординаты индикаторной диаграммы в некотором масштабе являются давлением газа на поршень. Тогда: на участке "авс "- действующая сила; на участке "cde "- действие силы на поршень при его обратном ходе, то есть действие уже сил сопротивления. Произведение давления на площадь поршня дает силу. Эта сила приводится к кривошипу (пальцу) и определяется ее величина Рп для каждого из 12-13ти положений механизма. По этой силе определяется крутящий момент по формуле M2д=Pп l, где l - длина кривошипа.

Положительные силы действуют при расширении газа (участок "авс "), (вверх от оси абсцисс), отрицательные - для сжатия (ниже оси абсцисс). В качестве примера определим силу Рк, действующую по индикаторной диаграмме на поршень диаметром D в точке " г ".

Следовательно, кривая "авс " характеризует изменения движущей силы при расширении газов, а кривая "cde " в том же масштабе дает представление об изменении действующих на поршень сил при обратном его движении, когда они по существу являются силами сопротивления. Зависимость движущих сил от хода поршня Pg = f(S) удобно строить, развернув индикаторную диаграмму так, что положительные силы (ординаты), соответствующие ходу расширения, отложены вверх от оси абсцисс, а отрицательные для хода сжатия - вниз от оси абсцисс.

Пример такой зависимости представлен на рисунке 4.9 для центрального кривошипно-шатунного механизма. Расчёт выполнен для значений параметров: Н=78 мм; Рmax = 2 МПа; Д= 72 мм

13)Опред.привел сил и Кр.моментов:

Приведенные силы находим по теореме Жуковского, используя повернутый план скоростей, Находим уравновешивающие силы.Составим уравнение Жуковского для определения силы Fy. УР.общего вида: ,а (Fпр.)= -(Fу.) А Мпр.кр.= -(Fпр.*L1) где L1—длина кривошипа.

Теорема Жуковского

: Если векторы всех сил, приложенных в различных точках звеньев и уравновешенных на механизме, перенести параллельно самим себе в одноименные точки повернутого плана скоростей, то сумма моментов всех указанных сил относительно полюса плана будет равна нулю (повернутый план скоростей- это обыкновенный план, повернутый на 90° в любую сторону)
15)Привед.масс в рычажн.и зуб.Мех-ах:

Чтобы найти приведенную массу или приведенный момент инерции надо найти кинетическую энергию всех звеньев механизма и приравнять ее к кинетической энергии звена приведения. Кинетическая энергия звена приведения выражается через приведенную массу mП(кр) либо через приведенный момент инерции () 2 I П кг× м. При плоскопараллельном движении звена его кинетическая энергия находится из выражения:Т= В выражении первое слагаемое это кинетическая энергия вращательного движения, а второе- поступательного. S- центр тяжести звена. Кинетическая энергия всего механизма равна сумме кинетических энергий всех звеньев: T=å( Где n- число подвижных звеньев в механизме. Уравнения кинетической энергии звена приведения, выраженные через массу mП и момент инерции Iп, имеют вид: Т= ; Т= где ν- скорость точки приведения. Iп - приведенный момент инерции относительно оси вращения. Приравняв правые части сначала,а затем получаем приведенную массу mП и приведенный момент инерции IП: å[I( +mi( ] Iп=å[Is( +mi( ]
16)Динамич.модель мех-ма:

Положение механизма с W = 1 вполне определяется од- ной координатой, которая называется обобщенной коор- динатой. В качестве обобщенной координаты чаще всего принимают угловую координату звена, совершающего вра- щательное движение. В этом случае динамическая модель будет (рис. 6.7) представлена в виде: ϕ1 = ϕM — обобщенная угловая координата модели; ω1 = ωM— угловая скорость модели; пр Σ M — суммарный приведенный момент (обобщенная сила — эквивалент всей заданной нагрузки, приложенной к механизму); пр Σ J — суммарный приведенный момент инерции, являю- щийся эквивалентом инерционности механизма.
17)Привед.момент инерции на вале привед.: ; ; . Для всего механизма энергия равна: Т = T1+3Т2+ТH. Кинетическая энергия звена приведения равна Т=Iп . Приравняв правые части выражений (T) и подставляя в них значения их величин, получаем приведенный момент инерции механизма: +

18).Неравномерность хода машин: Важной задачей является наивыгоднейшее соотношение сил, масс и скоростей звеньев механизма. Но скорости почти всегда колеблются, что: 1) вызывает дополнительные динамические нагрузки в кинематических парах; 2) понижает КПД машины и её надёжность; 3) могут вызвать значительные упругие колебания в звеньях или машине (потеря прочности и мощности); 4) могут ухудшить тот технологический процесс, который выполняет машина или механизм. Колебания скоростей могут быть периодическими (при установившемся движении) и непериодическими. Регулирование колебаний скоростей при установившемся движении обычно выполняется подбором масс звеньев, которые аккумулируют, а затем отдают энергию. Часто в качестве масс используют маховик. Используют при изучении понятие средней скорости механизма.
19)Роль маховика: Рассмотрим роль маховика. В процессе расширения газов ДВС вырабатывает энергии больше, чем потребляет генератор. Избыток ее идет на т. е. прежде всего на увеличение кинетической энергии маховика. Во время процесса сжатия газов ДВС сам потребляет энергию на совершение работы сжатия. Генератор в это время также продолжает забирать энергию с вала ДВС. Оба эти расхода энергии возмещаются за счет кинетич.энергии, т.е. в основном за счет уменьшения кинетической энергии маховика. Таким образом, маховик то накапливает кинетическую энергию, когда работа двигателя оказывается в избытке, то отдает часть ее. Чем больше момент, тем выше аккумулирующая способность маховика. Аккумулирующая способность маховика используется не только для обеспечения допустимой неравномерности хода машин. Так, в автомашинах маховик содействует троганию автомобиля с места. Маховики непременно применяются в машинах ударного действия — молотах, прокатных станах и других, помогая электродвигателю во время удара