Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Кафедра ИКГ

Курсовая работа

Пояснительная записка

Тема работы: “Расчёт механики функционирования рычажного механизма“

Харьков 2010

ВВЕДЕНИЕ

Развитие машиностроения на современном этапе характеризуется широким внедрением передовых технологий, техническим перевооружением и реконструкцией действующего производства на основе комплексной механизации и автоматизации с применением автоматических манипуляторов (промышленных роботов), встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и ЭВМ.

Последовательное развитие научно-технической революции неразрывно связано с непрерывным совершенствованием машиностроения – основы технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. Инженерная техническая деятельность на основе научной мысли расширяет и обновляет номенклатуру конструкционных материалов, внедряет эффективные методы повышения их прочностных свойств.

При внедрении в промышленность новых машин широко применяется модульный принцип оборудования, т.е. например, станок или несколько станков и манипулятор. На базе этого принципа создаются и вступают в строй не отдельные машины, а их системы – автоматические линии, цехи, заводы, обеспечивающие законченный технологический процесс производства конкретного изделия. Все это, вместе взятое, позволяет при снижении затрат материалов на изготовление и общей стоимости повысить мощность, качество, производительность и экономичность потребления энергии.

Для изготовления деталей машин, приборов, элементов конструкций, оборудования требуются металлические материалы с различными свойствами: твердые, мягкие, способные работать при повышенных или пониженных температурах, обладающие сопротивлением окислению в агрессивных средах, магнитные, немагнитные и другие. Поэтому современный инженер при проектировании какого-либо механизма или устройства должен учитывать как особенности построения механизма, так и свойства материалов из которых он будет изготовлен.

Расчеты деталей машин базируются на знании основ сопротивления материалов – науки о прочности и жесткости механических конструкций и методах расчета. Безошибочность же всех действий в современной технической практике определяется знанием основных положений теоретической механики, в которой изучаются законы движения механических систем и общие свойства этих движений.

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

1. Динамический анализ механизма

1.1 Структурный анализ механизма

1.2 Кинематический анализ механизма

1.3 Кинетостатический анализ механизма

2. Проектный расчет механизма на прочность

2.1 Нахождение реакций в опорах

2.2 Построение эпюр

2.3 Подбор сечений

Выводы

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.1.1 Исходные данные

2. Динамический анализ механизма

1. Структурный анализ механизма

Большинство современных механизмов в различной аппаратуре широко используют схемы кривошипно-шатунных механизмов или шарнирных трехзвенников. Правильно изготовленные схемы кривошипно-шатунных механизмов в значительной мере усовершенствуют механизм в котором они применяются. Схемы кривошипно-шатунных механизмов применяют в машиностроении в очень больших количествах. Любое усовершенствование механизма должно основываться на том, что это усовершенствование принесет большой экономический эффект, понизит стоимость производства, сократит затраты человеческих ресурсов.

Самыми важными свойствами какого-либо механизма являются: прочность, надежность и долговечность. Несоблюдение этих свойств, может привести к выходу из строя всего механизма или его отдельных элементов и в результате, привести к нарушению нормальной работы устройства в котором оно задействовано.

Ведущее звено механизма вращается против часовой стрелки с заданной частотой вращения.

Звенья механизма соединены кинематическими парами:

1-2 – кинематическая пара 5 класса, вращающаяся;

2-3 - кинематическая пара 5 класса, вращающаяся;

2-4 - кинематическая пара 5 класса, поступательная;

3-5 - кинематическая пара 5 класса, поступательная.

1.2 Кинематический анализ механизма

Определение координат точек звеньев механизма при его двенадцати положениях

Схема механизма в двенадцати положениях приведена в листе 1 графической части. Исходя из схемы механизма находим координаты всех точек звеньев механизма. Выразим координаты всех точек механизма в функции угла φ.

Координаты точки В будут определяться по следующим формулам:

X_В = AВ cos φ; Y_В = АВ sin φ.

Координаты точки С будут определяться по следующим формулам:

X_С= + X_В Y_С=0

Координаты точки E будут определяться по следующим формулам:

X_E= X_В +( )/2 Y_E= (ВС/2) sin

sin =(АВ/ВС) sin φ

Координаты точки D будут определяться по следующим формулам:

X_D=0 Y_D= + Y_E

По этим формулам определяем координаты каждой точки механизма для двенадцати положений (при изменении угла φ от 0 до 360⁰) и заносим полученные данные в таблицу 1, где сравниваем их с координатами точек полученных графическим способом (координаты определенные графическим способом уже занесены в таблицу 1).

Определение траекторий точек звеньев механизма

При рассмотрении движения механизма при изменении угла φ от 0 до 360⁰, можно сделать вывод, что траекториями движения точки B является окружность радиусом равным AB. Точка E движется по элепсоидной траектории. Точки С и D совершают колебательное движение.

Построение планов скоростей

Построение планов скоростей начинаем с определения скорости точки В. Кривошип АВ вращается вокруг неподвижной оси, поэтому линейная скорость любой точки численно равна произведению угловой скорости звена на расстояние от этой точки до оси вращения:

V_B = АВ* ω = АВ*n*π/30=360*3.14*26*10^-3/30= 979.68*10^-3 м/c

Направлена линейная скорость точки В по касательной к траектории или перпендикулярно АВ в сторону вращения. Выбрав отрезок (в мм) P_VA, изображающий скорость точки В, посчитаем масштабный коэффициент плана скоростей

μ_V = V_В/P_VВ = 979.68*10^-3/196 = 5*10^-3 м/с/мм

Величину P_VA выбираем произвольно, но так, чтобы μ_V получилось числом, удобным для счета.

Определим скорость точки С. Звено ВС совершает поступательное плоское движение. Скорость любой точки плоско движущегося звена равна геометрической сумме скорости полюса и скорости движения вокруг полюса. Приняв за полюс точку В, скорость которой уже известна, получим

_ _ _

V_С = V_СВ + V_В(1,1,3)

Так как вектор V_СВ перпендикулярен ВС, то, выполнив построение плана скоростей, получаем

V_СB= μ_V * P_VCB =5*10^-3*104=520*10^-3 м/с

P_VC= 138 мм, тогда V_С= μ_V * P_VС =5*10^-3*138=169*10^-3 м/с

Скорость точки Е определим аналогично скорости точки С:

V_Е =V_EВ+V_В

Скорость V_Е направлена по той же линии действия, что и скорость V_С.

V_Е = P_VЕ* μ_V =5*10^-3*162=810*10^-3 м/с

Находим скорость точки D:

V_DE= μ_V * P_VDE =5*10^-3*160=800*10^-3 м/с

V_D =V_DE+V_E,

из плана скоростей P_VD=92 мм, значит

V_D= P_VD* μ_V =5*10^-3*92=460*10^-3 м/с

Находим скорости центров масс:

V_S1= P_S1* μ_V=5*10^-3*98=490*10^-3 м/с

V_S2= P_S2* μ_V=5*10^-3*162=810*10^-3 м/с(1,1,5)

V_S3= P_S3* μ_V=5*10^-3*106=530*10^-3 м/с

V_S4= P_S4* μ_V=5*10^-3*50=250*10^-3 м/с

V_S5= P_S5* μ_V=5*10^-3*68=340*10^-3 м/с

Таблица 1.1. Рассчитанные значения скоростей

Аналогичным образом определяются скорости точек механизма для других значений угла φ. Результаты вычислений заносим в таблицу 1.1.

При помощи плана скоростей определяем угловую скорость звеньев:

Результаты вычислений заносим в таблицу 1.2

Таблица 1.2 Рассчитанные значения угловых скоростей

Построение планов ускорений

Построение плана ускорений начинаем с определения ускорения точки B. Кривошип AB совершает вращательное движение, поэтому

a_B = a_Bⁿ + a_B^τ

a_Bⁿ = AB*ω^2(1,1,7)

a_B^τ = ε₁*AB

В нашем случае кривошип вращается равномерно ε₁ = 0 и a_B^τ = 0.

Следовательно, модуль ускорения точки B

a_B = a_Bⁿ = AB*ω² = 37.68²*26 = 36.9 м/с²

Вектор нормального ускорения направлен по радиусу к оси вращения, т.е. от B к A. Выбрав отрезок Р_аB (в мм), изображающий ускорение точки B, подсчитываем масштабный коэффициент плана ускорений (в м/с²мм)