Структурный анализ рычажного механизма

ЗАДАНИЕ

Механизм гайковырубного автомата:

Рисунок 1 - Рычажный механизм

Таблица 1 - Исходные данные для проектирования

Параметры	Обозначение	Размерность	Числовое значение
Размеры звеньев рычажного механизма	O1A	м	0.09
AB	м	0.43
O2B	м	0.25
BD	м	0.25
a	м	0.24
b	м	0.45
Угол поворота крывошипа
Частота вращения крывошипа	n	об/мин
Массы звеньев рычажного механизма	m1	кг
m3	кг
m4	кг
m5	кг
Моменты инерции звеньев	J1		1.2
J2		0.2
J3		0.09
J4		0.09
Сила сопротивления	Fp	кН

Оглавление

ЗАДАНИЕ. 1

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА.. 4

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. 8

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТОЧЕК И ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЗМА МЕТОДОМ ПЛАНА.. 9

3 Определение ускорений точек и звеньев механизма методом плана.. 11

4 Силовой анализ механизма.. 14

4.1 Силовой анализ механизма по группам Ассура. 14

4.2 Первая группа 5-4. 15

4.2 Метод жесткого рычага Жуковского. 18

Список литературы.. 20

ВВЕДЕНИЕ

Начальная стадия проектирования машин и механизмов требует от инженера качественного выполнения анализа и синтеза проектируемой машины, а также разработки её кинематической схемы, которая обеспечивает с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения. Это необходимо для того, чтобы конструктору было легче понять как устроен механизм, как он работает, по каким законам происходит его движение.

Цель курсового проекта - развить у студента навыки самостоятельного решения комплексных инженерных задач, приобретение навыков оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД.

Объектом исследования является рычажный механизма гайковырубного автомата. Рычажный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного перемещения ползуна из вращательного движения кривошипа.

Проект по разработке (анализу и синтезу) механизма гайковырубного автомата выполнен в соответствии с исходным заданием и методическими указаниями на курсовой проект [1].

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА

Рис. 1 Кинематическая схема гайковырубного автомата

Рассматриваемый в данном проекте рычажный механизм состоит из стойки 0, кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3, шатуна 4 и ползуна 5 (рис. 1).

Перечислим все одноподвижные пары:

кривошип 1 образует вращательную пару со стойкой и шатуном 2;

кулиса 3 входит во вращательную пару с шатуном 2 и стойкой и в поступательную пару с шатуном 4;

ползун 5 входит во вращательную пару с шатуном 4 и в поступательную пару с звеном 3.

Таблица 2 - Кинематические пары

№ кинематической пары	Тип кинематической пары	Класс кинематической пары
I (стойка 0 - кривошип 1)	вращательная
II (кривошип 1 -шатун 2)	вращательная
III (шатун 2 - кулиса 3)	поступательная
IV (кулиса 3 - стойка 0)	вращательная
V (кулиса 3 - шатун 4)	вращательная
VI (шатун 4 - ползун 5)	вращательная
VII (ползун 5 - стойка 0)	поступательная

Таким образом, число подвижных звеньев n = 5; число одноподвижных пар p₁ = 7.

Кинематическая цепь механизма плоская, сложная, замкнутая. Число степеней подвижности определяем по формуле Чебышева [2]:

W = 3n - 2p₁ - p₂ = 3×5 - 2×7 - 0 = 1,(1)

Исследуемый механизм имеет одну обобщенную координату: угол поворота начального звена

Для установления класса механизма, определим наивысший класс группы Аcсура, входящей в его состав. Отделение структурных групп начинаем с группы, наиболее удаленной от начального звена. В заданном механизме наиболее отдалена от начального звена группа второго класса второго вида со звеньями 4 и 5 (ВВП) (рисунок 2, a).

Рисунок 2 - Структурные группы механизма:

а - группа второго класса второго вида (ВВП); б - группа второго класса второго вида (ВВВ); в - механизм первого класса

Затем отделяем группу второго класса второго вида со звеньями 2 и 3 (ВВВ) (рисунок 2, б).

В результате остается механизм первого класса, в состав которого входит начальное звено 1 и стойка 0 (рисунок 3, в).

Механизм образован последовательным присоединением к начальному звену двух структурных групп второго класса. Поэтому по классификации Ассура-Артоболевского, его следует отнести ко второму классу.

Формула строения рассматриваемого механизма имеет вид:

I(1) ® II(2,3) ® II(4,5).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Гайковырубной автомат.

a = 240 мм. J₁ = 1.2 кг·м².

b = 450 мм. m₂ = 11 кг. J₂ = 0.2 кг·м².

ОА = 90 мм. m₃ = 15 кг. J₃ = 0.09 кг·м².

АВ = 430 мм. m₄ = 25 кг. J₄ = 0,09 кг·м².

ВО₂ = 250 мм. m₅ = 60 кг.

ВD = 250 мм.

n = 100 об/мин.

F_p = 60 кН.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТОЧЕК И ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЗМА МЕТОДОМ ПЛАНА

По исходным данным определим угловую скорость 1 звена:

Определим модуль скорости точки А начального звена 1:

Для дальнейших построений необходимо определить масштабный коэффициент скорости:

Основу построения плана скоростей составляет векторная формула определения скорости точки плоской фигуры.

Составим системе векторных уравнений для скорости точки В:

Графически решив систему уравнений, получим скорость точки В.

Аналогично составим векторное уравнение для точки D:

Проводим из конца вектора прямую, перпендикулярную звену 4, а из полюса – прямую, параллельную направляющим ползуна 5. Точка пересечения этих прямых и будет концом вектора .

По плану скоростей определим модули скоростей всех точек механизма:

Линейные скорости:

Угловые скорости:

Определение ускорений точек и звеньев механизма методом плана

Построение плана ускорений начинается с того что нужно определить ускорение точки А для 1 звена:

Где и , соответственно нормальная и касательная составляющая ускорения точки А. Так как 1 звено вращается с постоянной скоростью, то =0;

Следовательно , отсюда:

Далеевыбираем масштабный коэффициент:

Далее определим значения нормальных составляющих ускорений точек механизма, а также длины их отрезков на плане ускорений:

Ускорению соответствует отрезок на плане ускорений, его длина равна:

Далее аналогично :

Запишем систему векторных уравнений для ускорения точки В:

Распишем ускорения и через их составляющие, получим:

Аналогично составим векторное уравнение для точки D:

Проводим из конца вектора прямую, перпендикулярную звену 4, а из полюса – прямую, параллельную направляющим ползуна 5. Точка пересечения этих прямых и будет концом вектора .

По плану ускорений определим модули ускорений всех точек механизма:

Линейные ускорения:

Касательные ускорения:

Угловые ускорения:

Силовой анализ механизма