Структурный анализ и синтез механизма

Содержание

1. Структурный анализ механизма………………………….…………………………..4

2. Кинематический анализ механизма……………………………………………….....8

2.1.Синтез механизма……………………………………………………………..8

2.2. Построение планов скоростей…………………………………………….....8

2.3. Построение плана ускорений для 2-го положения……………………......10

3. Динамическое исследование основного механизма……………………………....12

3.1. Динамическая модель машинного агрегата…………………………….…12

3.2. Приведение внешних сил и построение графика приведенного момента сил сопротивления…………………………………………………………….....12

3.3. Построение графика работ сил сопротивления……………………...……14

3.4. Построение графика работ движущих сил………………………………...14

4. Силовой расчет основного механизма……………………………………………...15

4.1. Цель, задачи и методы силового расчёта………………………………….15

4.2. Определение входных параметров……………………………………...…15

4.3. Расчет группы 4-5………………………………………………………..….15

4.4. Расчет группы 2-3…………………………………………………………...16

4.5. Расчет входного звена……………………………………………………....17

Список литературы…………………………………………………………………..…19

 

Структурный анализ и синтез механизма

 

 

A

B

D

E

C

 

Рис 1.1. Структурная схема механизма.

 

Названия звеньев и виды движения.

1 – Кривошип – Вращательное движение – Входное звено.

2 –Кулиса – Колебательное (возвратно-вращательное) движение

3 – Ползун – Возвратно-поступательное движение – Выходное звено.

4 –Камень– Сложное, плоскопараллельное движение.

5 – Ползун – Возвратно-поступательное движение – Выходное звено.

Все кинематические пары (КП), соединяющие звенья этого механизма, 5-го (низшего) класса.

Табл. 1.1.

Буквенное обозначение КП		B	C		D	D	E
Какие звенья соединяет	0-1	1-2	2-3	0-3	2-4	4-5	0-5
Тип КП	Вращ.	Вращ.	Вращ.	Поступ.	Поступ.	Вращ.	Поступ.

Определим степень подвижности механизма.

Степень подвижности для плоского механизма определяется формулой:

Где: n – число подвижных звеньев. Для данного механизма n = 5.

– число кинематических пар низшего класса. Для данного механизма = 7.

– число кинематических пар высшего класса. Для данного механизма = 0.

Отсюда .

Разложение механизма на структурные группы Асура.

Определение класс групп механизма и класса механизма.

Согласно общему принципу образования механизмов, сформулированном

Ассуром, любой механизм состоит из начального звена и ведомой части, состоящей из статически определимых групп Ассура, степень подвижности которых .

Класс механизма определяется высшим классом группы, входящей в механизм. Порядок группы определяется свободным числом свободных кинематических пар, которыми группа может быть присоединена к основному механизму.

Данный механизм 2-го класса. Состоит из входного звена 1-го класса 1-го порядка и двух групп Ассура 2-го класса 2-го порядка.

A

B

C

D

E

 

 

Рис. 1.2. Группа 4-5. Рис. 1.3. Группа 2-3. Рис 1.4. Начальное звено.

Группы 4-5 и 2-3 являются двухповодковыми группами Ассура 2-го класса 2-го порядка. Их степень подвижности определяется выражением:

Где: n – число подвижных звеньев. Для этих групп n = 2.

– число кинематических пар низшего класса. Для этих групп = 3.

– число кинематических пар высшего класса. Для этих групп = 0.

Отсюда .

Начальное звено 1-го класса 1-го порядка. Его степень подвижности определяется выражением:

Где: n – число подвижных звеньев. Для начального звена n = 1.

– число кинематических пар низшего класса. Для начального звена = 1.

– число кинематических пар высшего класса. Для начального звена = 0.

Отсюда

Определим число избыточных связей механизма.

Где соответственно КП 5-го, 4-го, 3-го, 2-го, 1-го классов.

Для данного механизма

Наличие избыточных связей в механизме требует определенной точности изготовления кинематических пар, т. е. оси всех вращательных кинематических пар должны быть параллельны друг другу, а плоскости поступательных кинематических пар перпендикулярны этим осям.

Для устранения избыточных связей необходимо заменить часть кинематических пар 5-го класса, кинематическими парами более высокого класса (4-го и 3-го класса).

Возможный вариант структурной схемы механизма без избыточных связей

Табл. 1.2.

Буквенное обознач. КП		B	C		D	D	E
Какие звенья соединяет	0-1	1-2	2-3	0-3	2-4	4-5	0-5
Тип КП	Вращат.	Цилинд.	Сферич.	Поступ.	Цилинд.	Сферич.	Поступ.
Класс КП	V	IV	III	V	IV	III	V

 

V

V

IV

III

IV

III

V

A

B

D

E

C

 

Рис. 1.5. Структурная схема механизма без избыточных связей

Кинематический анализ механизма

Синтез механизма

Планы положений механизма строим в масштабе:

Строим 12 положений механизма (начиная с 0, согласно заданию), а также дополнительно те положения механизма, при которых скорость выходного звена равняется нулю.

2.2. Построение планов скоростей

Находи скорость точки А:

Находим скорость точки В:

;

 

;

Находим угловую скорость кривошипа:

м/с

м/с

;

Решаем уравнение графически.

Выбираем масштабный коэффициент плана скоростей:

Находим скорость точки D:

Находим скорость точки E:

;

Находим скорости точек и угловые скорости звеньев:

;

Строим планы скоростей, и результаты расчетов сводим в таблицу:

Табл. 2.1

	Разм.
	мм
	мм
	мм
	мм
	мм
	мм
	м/с	2.5	2.5	2.5	2,5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2,5	2.5
	м/с	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
	м/с	2.5	2.16	1.23		1.16	2.1	2.5	2.06	1.05		1.23	2.16
	м/с		0.899	1.83	2.5	2.46	1.46		1.73	2.46	2.5	1.83	1.36
	м/с	0,932	0.366	2.1	2.5	2.43	2.23	2.16	2.23	2.43	2.5	2.1	0.366
	м/с	0.932	1.06	1.16	0.67	0.33	1.5	2.16	1.5	0.33	0.67	1.16	1.06
	м/с		1.03	2.13	2.6	2.33	1.33		1.33	2.33	2.6	2.13	1.03

2.3. Построение плана ускорений для 2-го положения

Находим ускорение точки B:

Принимаем масштабный коэффициент плана ускорений:

Находим ускорение точки С:

, ; направлено от C к B;

м/ ,

Используя условия пропорциональности одноименных отрезков плана ускорений и плана механизма находим положение точек D и на плане ускорений.

Находим ускорение точки E:

, ; –согласно правилу векторного умножения

м/ ,

Решаем уравнение графически.

Находим ускорение точек и угловые ускорения звеньев:

 

Расчет группы 2-3

На эту группу действуют:

а также неизвестные:

Из уравнения моментов относительно т. C найдем

Остальные неизвестные находим, решая графически уравнение всех сил действующих на эту группу:

План сил строим в масштабе:

Находим неизвестные реакции:

Расчет входного звена

 

 

План сил строим в масштабе:

Список литературы

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.; Наука, 1975. 640с.

2. Артоболевский И.И. Сборник задач по теории механизмов и машин. М.; Гостехиздат, 1973. 189 с.

3. Левитский Н.И., Левитская О.И. Курс теории механизмов и машин. М.; Высш. школа, 1978. 368 с.

4. Теория механизмов и машин: учеб. для ВТУЗов / К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.В. Фролова. М.; Высш. школа, 1987. 496 стр.

 

 

Содержание

1. Структурный анализ механизма………………………….…………………………..4

2. Кинематический анализ механизма……………………………………………….....8

2.1.Синтез механизма……………………………………………………………..8

2.2. Построение планов скоростей…………………………………………….....8

2.3. Построение плана ускорений для 2-го положения……………………......10

3. Динамическое исследование основного механизма……………………………....12

3.1. Динамическая модель машинного агрегата…………………………….…12

3.2. Приведение внешних сил и построение графика приведенного момента сил сопротивления…………………………………………………………….....12

3.3. Построение графика работ сил сопротивления……………………...……14

3.4. Построение графика работ движущих сил………………………………...14

4. Силовой расчет основного механизма……………………………………………...15

4.1. Цель, задачи и методы силового расчёта………………………………….15

4.2. Определение входных параметров……………………………………...…15

4.3. Расчет группы 4-5………………………………………………………..….15

4.4. Расчет группы 2-3…………………………………………………………...16

4.5. Расчет входного звена……………………………………………………....17

Список литературы…………………………………………………………………..…19

 

Структурный анализ и синтез механизма

 

 

A

B

D

E

C

 

Рис 1.1. Структурная схема механизма.

 

Названия звеньев и виды движения.

1 – Кривошип – Вращательное движение – Входное звено.

2 –Кулиса – Колебательное (возвратно-вращательное) движение

3 – Ползун – Возвратно-поступательное движение – Выходное звено.

4 –Камень– Сложное, плоскопараллельное движение.

5 – Ползун – Возвратно-поступательное движение – Выходное звено.

Все кинематические пары (КП), соединяющие звенья этого механизма, 5-го (низшего) класса.

Табл. 1.1.

Буквенное обозначение КП		B	C		D	D	E
Какие звенья соединяет	0-1	1-2	2-3	0-3	2-4	4-5	0-5
Тип КП	Вращ.	Вращ.	Вращ.	Поступ.	Поступ.	Вращ.	Поступ.

Определим степень подвижности механизма.

Степень подвижности для плоского механизма определяется формулой:

Где: n – число подвижных звеньев. Для данного механизма n = 5.

– число кинематических пар низшего класса. Для данного механизма = 7.

– число кинематических пар высшего класса. Для данного механизма = 0.

Отсюда .

Разложение механизма на структурные группы Асура.

Определение класс групп механизма и класса механизма.

Согласно общему принципу образования механизмов, сформулированном

Ассуром, любой механизм состоит из начального звена и ведомой части, состоящей из статически определимых групп Ассура, степень подвижности которых .

Класс механизма определяется высшим классом группы, входящей в механизм. Порядок группы определяется свободным числом свободных кинематических пар, которыми группа может быть присоединена к основному механизму.

Данный механизм 2-го класса. Состоит из входного звена 1-го класса 1-го порядка и двух групп Ассура 2-го класса 2-го порядка.

A

B

C

D

E

 

 

Рис. 1.2. Группа 4-5. Рис. 1.3. Группа 2-3. Рис 1.4. Начальное звено.

Группы 4-5 и 2-3 являются двухповодковыми группами Ассура 2-го класса 2-го порядка. Их степень подвижности определяется выражением:

Где: n – число подвижных звеньев. Для этих групп n = 2.

– число кинематических пар низшего класса. Для этих групп = 3.

– число кинематических пар высшего класса. Для этих групп = 0.

Отсюда .

Начальное звено 1-го класса 1-го порядка. Его степень подвижности определяется выражением:

Где: n – число подвижных звеньев. Для начального звена n = 1.

– число кинематических пар низшего класса. Для начального звена = 1.

– число кинематических пар высшего класса. Для начального звена = 0.

Отсюда

Определим число избыточных связей механизма.

Где соответственно КП 5-го, 4-го, 3-го, 2-го, 1-го классов.

Для данного механизма

Наличие избыточных связей в механизме требует определенной точности изготовления кинематических пар, т. е. оси всех вращательных кинематических пар должны быть параллельны друг другу, а плоскости поступательных кинематических пар перпендикулярны этим осям.

Для устранения избыточных связей необходимо заменить часть кинематических пар 5-го класса, кинематическими парами более высокого класса (4-го и 3-го класса).

Возможный вариант структурной схемы механизма без избыточных связей

Табл. 1.2.

Буквенное обознач. КП		B	C		D	D	E
Какие звенья соединяет	0-1	1-2	2-3	0-3	2-4	4-5	0-5
Тип КП	Вращат.	Цилинд.	Сферич.	Поступ.	Цилинд.	Сферич.	Поступ.
Класс КП	V	IV	III	V	IV	III	V

 

V

V

IV

III

IV

III

V

A

B

D

E

C

 

Рис. 1.5. Структурная схема механизма без избыточных связей