Методическое пособие 781

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

3.1.Метрический синтез, структурный

икинематический анализ плоского рычажного механизма

(лист 1 графической части)

В качестве исходных данных для выполнения этого этапа приняты:

–структурная схема механизма;

–расстояние между крайними положениями выходного звена (H мм);

–коэффициент изменения средней скорости ведомого звена (k);

– угол 1, определяющий положение ведущего звена, для которого проводится кинематический и силовой анализ механизма;

– скорость вращения ведущего звена (n, об/мин).

1.1.По заданным исходным параметрам провести метрический синтез плоского рычажного механизма, определив размеры всех звеньев.

1.2.Начало рабочего хода соответствует одному из крайних положений выходного звена, при котором сила полезного сопротивления направлена против его скорости. Изобразить 12 совмещенных положений механизма, поворачивая

ведущее звено в заданном направлении ( 1) на углы, кратные 30 ; если при этом второе крайнее положение не совпадает ни с одним из 12, построить это положение дополнительно. Нумерация положений механизма производится, начиная с край-

него, в направлении заданной угловой скорости	1, Положе-
ние механизма, соответствующее заданному углу	1, изобра-

жается основными линиями, остальные – тонкими. Звенья механизма пронумеровать, кинематические пары обозначить заглавными буквами латинского алфавита.

1.3. Провести структурный анализ рычажного механизма, разложив его на начальный механизм и структурные груп-

31

пы. Составить формулу строения механизма и определить по ней класс механизма.

1.4. Для положения механизма, определяемого углом 1, провести кинематический анализ, построив планы скоростей и ускорений.

1.5. Определить для каждого из 12 положений механизма величину уравновешивающей силы Pу с помощью теоремы Жуковского Н.Е. При этом учитывать силы тяжести звеньев, силу полезного сопротивления и уравновешивающую силу. Уравновешивающую силу прикладывать перпендикулярно к ведущему звену в точке В. При определении сил тяжести учитывать, что центры тяжести звеньев находятся на середине их длин, центр тяжести ползуна совпадает с центром шарнира. Масса звеньев определяется по формуле: m=ql, где q=20 кг/м (масса, приходящаяся на 1 метр длины звена). Масса ползуна механизма в пять раз превосходит массу предыдущего стержневого звена, массами камней пренебречь. Выбрать из полученных значений уравновешивающей силы максимальное, которое затем использовать для вычисления уравновешивающего момента при проектировании привода рычажного механизма.

3.2. Силовой анализ рычажного механизма (лист 2 графической части)

2.1. Силовой анализ механизма проводить для положения, определяемого углом поворота кривошипа 1, При расчетах учитывать силы тяжести звеньев, силу полезного сопротивления Pпс и уравновешивающую силу, которую следует приложить перпендикулярно к ведущему звену в точке В. Силовой анализ начинается с последней структурной группы рассматриваемого механизма.

2.2. Изобразить последнюю структурную группу, приложить заданные силы и искомые реакции в кинематических парах. В поступательной кинематической паре приложить реакцию, перпендикулярно направлению возможного переме-

32

щения, в связи с тем, что мы пренебрегаем силами трения. Во вращательной паре приложить две взаимно перпендикулярных реакции, одну из которых направить вдоль звена. Записать соответствующие уравнения равновесия статики и определить неизвестные реакции. Для определения некоторых реакций можно воспользоваться построением плана сил рассматриваемой структурной группы. После определения всех неизвестных реакций данной структурной группы, необходимо провести силовой анализ предпоследней структурной группы, при этом в месте их соединения приложить силу, равную по модулю найденной реакции, но противоположного направления.

2.3.Провести силовой анализ начального звена механизма, приложив к нему в кинематической паре В силу, равную реакции, найденной из силового анализа предпоследней структурной группы, и направленную противоположно ей. Кроме этого, в точке В приложить уравновешивающую силу, перпендикулярную начальному звену. В кинематической паре

Аначального звена приложить реакцию со стороны стойки, первоначально не известную по модулю и направлению. Составить уравнение равновесия начального звена в виде суммы моментов всех сил относительно точки А и определить из него

модуль уравновешивающей силы Pу. Затем, построив план сил начального звена, определить направление и величину реакции со стороны стойки.

2.4.Проверить найденную уравновешивающую силу по-

строением «жесткого рычага» Жуковского Н.Е. Найденное значение уравновешивающей силы Pу* не должно отличаться от силы Pу, определенной при силовом анализе более, чем на

10%.

33

3.3. Проектирование привода рычажного механизма (лист 3 графической части)

3.1.По найденному максимальному значению уравновешивающей силы, приложенной к кривошипу, определить вращающий момент на входном валу привода.

3.2.Выбрать КПД элементов привода и определить общий КПД привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в привод.

3.3.Определить мощность на валу электродвигателя.

3.4.Произвести кинематический расчет привода и выбрать электродвигатель.

3.5.Определить крутящие моменты, частоты вращения всех валов привода.

3.6.Выбрать материал и термообработку для зубчатых колес редуктора. Определить допускаемые напряжения для зубчатых колес.

3.7.Определить геометрические размеры зубчатой передачи редуктора.

3.8.Произвести предварительный расчет диаметров валов редуктора.

3.9.Рассчитать основные элементы корпуса редуктора.

3.10.Выполнить сборочный чертеж редуктора.

3.11.Произвести технико-экономическое обоснование разработанной конструкции.

34

4.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

4.1. Структура механизмов

Машина состоит из отдельных механизмов, а механизм состоит из отдельных деталей. Одни из них приняты за неподвижные, а другие движутся относительно них. Так, в двигателе самолета или машины за неподвижные принимаются те детали, которые соединены жестко с корпусом самолета или машины. Это корпус двигателя, подшипники коленчатого вала. Подвижные детали – коленчатый вал (кривошип), шатуны, поршни и другие детали.

Каждая подвижная деталь или группа деталей, образующая одну жесткую подвижную систему тел (пример – ша-

тун с разъемными крышками), носит название подвижного звена механизма. Например, вал, шатун, ползун – это есть подвижные звенья механизма.

Все неподвижные детали образуют одну неподвижную систему тел, называемую неподвижным звеном или стойкой.

Например, корпус самолета, с ним жестко связан корпус двигателя – все это одно звено – стойка. В любом механизме всегда одно неподвижное звено и одно или несколько подвижных звеньев. Следовательно, механизм – это есть совокупность неподвижного и подвижных звеньев.

Из подвижных звеньев в механизме необходимо выделить входные и выходные звенья.

Входным звеном (входом) называется звено, которому сообщается заданное движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев.

Выходным звеном (выходом) называется звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Все остальные звенья называются соединительными или промежуточными. Например, поршень в двигателе внутреннего сгорания является входным звеном, коленчатый вал выходным, шатун – промежуточное звено.

35

Подвижные звенья соединены между собой и со стойкой так, что возможно движение одного звена относительно другого.

Соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. Например,

кинематическая пара коленчатый вал и корпус, кривошип и шатун, шатун и ползун.

Поверхности, линии, точки, по которым соприкасаются звенья, называются элементами кинематической пары.

Связанная система звеньев, образующих кинематические пары, называется кинематической цепью.

В основе всякого механизма лежит кинематическая цепь, но не всякая кинематическая цепь является механизмом. Кинематическая цепь, обладающая определенным заданным движением, является механизмом.

4.1.1. Классификация кинематических пар

Классификацию кинематических пар можно провести по числу степеней свободы и по числу условий связи.

Числом степеней свободы механической системы назы-

вается число независимых перемещений.

Твердое тело имеет в пространстве шесть (рис. 4.1) независимых движений: три вращательных и три поступательных, т.е. Н – число степеней свободы такого тела равно 6, Н = 6.

Если тело (звено) соединить подвижно с другим телом (звеном), то на движение этих звеньев будут наложены ограничения, которые носят названия условий связи в кинематической паре. Число условий связи в кинематической паре зависит от способа соединения звеньев в кинематические пары. Число условий связи S изменяется от 1 до 5, т.е. 1 S 5. Если на тело налагается шесть условий связи, то тело лишается возможности двигаться.

Степень свободы звена в кинематической паре можно определить как H = 6 – S. Число степеней свободы звена в паре может меняться от 1 до 5, т.е. 1 H 5.

36

z

x	y
	Рис. 4.1

Все кинематические пары делят на пять классов. Класс кинематической пары определяется числом условий связи, наложенных на относительное движение звеньев. Класс пары может быть определен и числом степеней свободы. Рассмотрим примеры пяти классов кинематических пар.

Создадим кинематическую пару, положив шар на плоскость. Этим лишим шар одного из шести возможных движений, шар не может перемещаться по оси z, т.е. на его движение наложено одно ограничение (одно условие связи). Такая пара названа парой 1 класса или пятиподвижной (рис. 4.2).

2	z	1

H=5; S=1

y

x

Рис. 4.2

Цилиндр на плоскости. Н=4; S=2 – пара II класса или

четырехподвижная (рис. 4.3).

37

	y	1
2

z

x

Рис. 4.3

Сферическая пара. Н=3; S=3 – пара III класса или трехподвижная (рис. 4.4).

y

1

1

z

2	2

x

Рис. 4.4

Цилиндрическая пара. Н=2; S=4 – пара IV класса или двухподвижная (рис. 4.5).

38

y

2

1	z
	2
	1

x

Рис. 4.5

Поступательная пара. Н=1; S=5 – пара 5-го класса, од-

ноподвижная поступательная (рис. 4.6).

y

2

1

z

2

1

x

Рис. 4.6

39

Кроме предложенной классификации кинематических пар, существует деление на высшие и низшие кинематические пары. На рис. 4.7 приведены обозначения некоторых кинематических пар, используемые при изображении кинематических цепей.

			2		неподвижное звено
1					подвижное звено 2,
					поступательная пара V класса
1		2			вращательная пара V класса

1

сферическая пара III класса

2

2

1	цилиндрическая пара IV класса

звено, входящее в три кинематические пары

высшая кинематическая пара I класса

Рис. 4.7. Условные обозначения

Высшей кинематической парой является пара, в которой элементами пары является линия или точка. В низшей кинематической паре элементами пары являются поверхности. Примерами высших пар являются колесо и рельс, зацепление зубчатых колес и др. Низшие пары: сферическая, цилиндрическая, поступательная. Чтобы элементы кинематических пар находились в постоянном контакте, необходимо их замыкание. Замыкание может быть кинематическим (геометрическим) конструктивным и силовым (сила веса, пружины).

40