Лист 1. Кинематический анализ рычажного механизма.

ВВЕДЕНИЕ

Самостоятельная работа студентов механических специальностей по курсу «Теория механизмов и машин заключается в изучении, анализе, приобретения навыков графоаналитических методов по следующим разделам:

1. Структурный анализ шарнирно-рычажных механизмов;

2. Кинематический анализ плоских механизмов с низшими парами;

3. Силовой анализ рычажных механизмов.

Для освоения этих разделов ТММ студенты выполняют расчетно-графическую работу целью, которой является:

ознакомить студентов с основными методами анализа шарнирно-рычажных механизмов;

научить студентов самостоятельной работе при решении инженерно-практических целенаправленных задач путем системной, углубленной проработки основных разделов теоретического курса ТММ;

выработать у студентов необходимые расчетные и графические навыки проектирования механизмов и машин.

При решении задач, предусмотренных заданием рекомендуется использовать графические методы на базе расчетных кинематических и силовых параметров. Этот метод позволяет наглядно продемонстрировать закономерности и взаимосвязь реально действующих сил в звеньях и шарнирах механизма в зависимости от заданного закона движения и сил сопротивления.

Данная работа важна с точки зрения понимания и ответа на вопрос: откуда возникают силы, куда направлены и чему равны по величине. Это является ключевым моментом при изучении курсов «Сопротивление материалов» и «Деталей машин», где студентами рассматриваются вопросы деформации от действующих сил в звеньях и соединениях и производятся расчеты на прочность и жесткость деталей.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Прежде чем перейти к выполнению расчетно-графической работы, приведем некоторые понятия и определения, встречающиеся в курсе теории механизмов и машин.

Механизм –механическая система, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Подвижное звено механизма – твердое тело, входящее в состав механизма.

Стойка –звено, принимаемое за неподвижное.

Ведущее (входное) звено – звено, соединенное с источником энергии, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев.

Ведомое (выходное) звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Начальное звено – звено, которому приписывается одна или несколько обобщенных координат механизма.

Обобщенная координата механизма– каждая из независимых между собой координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки.

Кинематическая пара – соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающих их относительное движение.

Элемент кинематической пары – совокупность поверхностей, линий и отдельных точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару.

Кинематическая цепь– система звеньев, связанных между собой кинематическими парами.

Замкнутая кинематическая цепь– кинематическая цепь, звенья которой образуют один или несколько замкнутых контуров.

Не замкнутая кинематическая цепь– кинематическая цепь, звенья которой не образуют замкнутых контуров.

Структурная схема механизма– схема механизма, указывающая стойку, подвижные звенья, виды кинематических пар и их взаимное расположение.

Класс кинематической пары– число связей, наложенных на относительное движение звеньев.

Поступательная пара – одноподвижная пара, допускающая прямолинейно-поступательное движение одного звена относительно другого.

Вращательная пара –одноподвижная пара, допускающая вращательное движение одного звена относительно другого.

Низшая пара– кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено постоянным соприкасанием ее элементов по поверхности.

Высшая пара – кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено только соприкасанием ее элементов по линиям и в точках.

Плоский механизм –механизм, подвижные звенья которого совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости.

Рычажный механизм– механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары.

Шарнирный механизм – механизм, звенья которого образуют только вращательные пары.

Кривошип -вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси.

Коромысло – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси.

Шатун – звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями.

Ползун – звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой.

Кулиса – звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.

Кинематический анализ механизма– определение движения звеньев механизма по заданному движению начальных звеньев.

Кинематическая схема механизма – структурная схема механизма с указанием размеров звеньев, необходимых для кинематического анализа механизма.

Крайнее положение звена – положение звена, из которого оно может двигаться только в одном направлении.

Крайнее положение механизма – положение механизма, при котором хотя бы одно звено занимает крайнее положение.

Масштабный коэффициент – отношение численного значения физической величины в свойственных ей единицах к длине отрезка в миллиметрах, изображающего эту величину (на схеме, графике и т.д.).

2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

2.1. СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Лист 1. Кинематический анализ рычажного механизма.

1. Выполнить структурный анализ механизма (в расчетно-пояснительной записке).

2. Построить механизм в 12 положениях по 12 равноотстоящим положениям кривошипа. В качестве нулевого принять одно из крайних положений механизма. Если второе крайнее положение не попадает в число двенадцати, его следует построить дополнительно (обозначить звездочкой). Положения механизма пронумеровать в направлении вращения кривошипа. Одно положение механизма вычертить контурными линиями, а остальные – тонкими. Звенья пронумеровать, а точки (центры шарниров, центры масс звеньев и др.) обозначить прописными буквами латинского алфавита в одном положении механизма, а в остальных положениях эти точки можно пронумеровать только цифрами, обозначающими порядковый номер положения механизма.

3. Построить три плана скоростей и три плана ускорений – для нулевого положения механизма, для одного из положений рабочего хода и одного положения холостого хода. Планы вычертить тонкими линиями, на них указать все характерные точки механизма строчными буквами латинского алфавита. На основании построенных планов скоростей и ускорений определить скорости и ускорения характерных точек и угловые скорости и угловые ускорения всех звеньев. Результаты расчетов оформить в виде таблиц.

4. Построить кинематические диаграммы перемещений рабочего звена в зависимости от времени или угла поворота кривошип, а диаграммы скоростей и ускорений – методом графического дифференцирования диаграмм соответственно перемещений и скоростей. Провести сравнительную оценку скоростей и ускорений, полученных графическим дифференцированием и методом планов скоростей и ускорений.