1. Назначение механизма и их классификация

Механизм - устройство, предназначенное для выполнения определенных и целесообразных движений.

Классификация:

По назначению:

М-мы двигателей;- передаточные механизмы;

Исполнительные м-мы;- м-мы управления, управления и регулирования;- м-мы счета, измерения, взвешивания

М-мы подачи и сортировки

По конструктивному признаку:

Рычажные;- кулачковые- зубчатые- кулисные

В зависимости от траектории движения звеньев:

Плоские- пространственные

Сложные механические системы (машина, автоматы, вычислительные устройства) – сочетания простых механизмов.

Простой (элементарный) м-зм - м-зм, кот. нельзя разложить на более простые м-змы.

2.Структура механизмов.

Любая машина состоит из деталей.

Деталь - элементарная часть машины, которая выполнена из однородного материала или не может быть разобрана на более простые части (зубчатое колесо, валы, болты).

Различают детали общего (встречаются в большинстве машин) и специального (встреча-ся в спец-х, особых машинах) назначения.

Твёрдые тела, составляющие механизм называют звеньями . Звено может состоять из нескольких деталей, соединённых неподвижно.

Стойка - неподвижное звено.

Совокупность двух звеньев имеющих относительное движение называют кинематической парой .

Условия существования к.п.:

1. Наличие двух звеньев.

2. Непосредственный контакт.

3. Возможность относительного движения.

Коромысло – звено, совершающее вращательное движение.

Бывают вращательные, поступательные к.п.. Звенья могут соприкасаться между собой в точке, по линии или по поверхности (образуя к.п.). К.п. накладывают ограничения на относительное движение звеньев. Эти ограничения называют связями .

3.Классификация кинематических пар.

К.П. - совокупность 2-х звеньев, имеющих относит. движ.

Услов.сущ.к.п.:-наличие 2 звеньев

Непосредств.контакт

Возмож.относ.движ.

Звенья могут соприкос.между собой, образ.к.п.в точке, по линии, по плоскости.

К.п. наклад.огранич.на относит.движение звеньев. Эти огранич.назыв.связями.

К.п. классифиц.по:

1.по виду элементов соприкосновения

если элем.соприкоснов.-поверхность,то к.п.низшая.

если контакт звеньев по линии или в точке,то к.п.высшая.

2.по хар-ру относит.движения звеньев –плоские

Пространственные

3.по числу связей, накладыв.на относит.движ.звеньев:1,2,3,4,5 класса

4.Кинематические цепи .

Сочетания звеньев вх-х в кин-ую пару наз-т кин-ой цепью. КЦ бывают простые, сложные, замкнутые, разомкнутые. Мех-зм – такая КЦ в кот при заданном движ-ии одного или неск-х ведущих звеньев остальные движ-ся вполне опред-ым образом. Все звенья делятся на 3 группы: 1-Группа ведущих звеньев. З-н движ-я в ведущих звеньях обычно задается. 2-Ведомые звенья. З-н движ-я ведомых звеньев зав-т от з-на движ-я ведущих звеньев. 3-Стойка мех-зма. Плоским мех-ом наз такой мех-зм, звенья кот. движ-ся в одной или неск-х // пл-ях. W=3n-2p 5 -p 4 – степень подвижн-ти плоского мех-зма, где W-число степеней подвижности, должно соотв-ть числу ведущих звеньев, n-число подвиж-х звеньев, p 5 число пар 5-го класса (соотв-о p 4).

5. Фрикционные передачи(механизмы)

Передача основана на использовании сил трения

Преимущества:

· Простота, безступенч. регулирование перед. числа

· Плавность бесшумность работы передачи

· Надёжность соединения

· При перегрузке происходит проскальзование катков, это предохраняет механизм от поломки

Недостатки:

· Большие давления на валы и опоры

· Износ рабочих поверхностей

· Непостоянство передаточного числа (из-за проскальзывания катков)

· Небольшая нагрузочная способность до 20 кВт

Передачи классифицируют:

1. По расположению валов

а) циллиндрическая(оси | |)

б) оси пересекаются – передача коническая

в) оси перекрещиваются – передача реечная

Для повышения нагрузочной способности катки изготовляют клинчатыми

2. По характеру силы прижатия катков:

а) с постоянной силой прижатия

б) с переменной силой прижатия

В зависимости от передоваемой нагрузки, чтобы обеспечить непосредственный контакт катков сила прижатия автоматически изменяеться.

3. Передачи делятся на:

а) с условно-постоянным передаточным числом

б) с переменным передаточным числом (вариаторы)

Fтр>F(вн нагр.)

Qf=kF Q=kF/f – сила нажатия

к – кооф. запаса сцепления

f - кооф. трения скольжения

Передачи с плавнорегулируемым передаточным числом назыв вариаторами

По конструкции вариаторы разнообразны

U=x/2, 0

Условная скорость

Передача.

Преимущества:

Плавное изменение передаточного числа => изменение значения угловой скорости ведомого звена и может быть изменено направление вращения ведомого звена.

По конструкции: * с непосредственным контактом, * с промежуточным контактом.

Широко применяется в приборостроении, даже в промышленности.

6. Ремённые передачи: достоинства, недостатки. Характеристика плоскоремённой передачи.

Ремённая передача основана на использовании сил трения, состоит из ведущего и ведомого шкивов, ремня, надетого с натяжением.

«+»: простота конструкции, возможность передачи на большие расстояния: плоский-15м, клиновый-6,смягчает удары, гасит вибрацию,предохраняет то перегрузки.

«-»: большие давления на валы и опоры по сравнению с зубчатой передачей; непостоянство передаточного числа (из-за проскальзывания);низкая долговечность ремней; необходимость применения натяжных устройств.

Передачи классифицируют:

1. По форме профиля ремня

· Плоскоремённая Клиноремённая

· Круглоремённая Зубчатая

2. По скорости вращения

· Тихоходные

· Среднескоростные

· Скоростные

Плоскоремённая передача

Применяется при высоких скоростях вращения, при большом расстоянии между валами (до 15 м).

Виды плоскоременной передачи

· Открытая

· Полуперекрёстная

· Перекрестная

· Перекрестная

К основным параметрам относятся:

α – угол обхвата шкива ремнём (ведущего)

а – межосевое расстояние

L – длина ремня

7.Клиноременная передача, основные параметры. Виды ремней.

Применяется для передачи мощности на большие или малые расстояния, но может передавать момент до 6 м. Нагрузочная способность клиноременной передачи в 3 раза больше плоской (при одинаковых параметрах). Применяется в электродвигателях. Может состоять от одного до 6 ремней. Число ремней зависит от передаваемой мощности. Большое количество ремней не рекомендуется, так как нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Виды плоских ремней. 1.Резино-тканевые ремни: изготовляют 3 типов: А,Б,В. Ремень состоит из нескольких слоев бельтинга с резинов. Прокладками. Обладает достаточной прочностью, гибкостью, но не рекомендуется применять среди кислот и щелочей.2. Ремни из синтетических материалов. Применяют при скоростях до 100 м/с. Высокая гибкость, износоустойчивость.3. Х/б ремни Применяются в тихоходных передачах.4.Кожаные ремни: большая прочность, гибкость, эластичность, стоимость, поэтому ограничен. применение.5. Шерстяные ремни. Ограничен. применение. Клиноременные ремни. Кордотканевые и кордошнуровые. Выпускают несколько типов, отличающ. друг от друга размерами поперечного сечения: О,А,Б,В,Г,Д,Е. При выборе типа ремня учитывается передаваемая мощность.{Приводные ремни. Должны быть достаточно прочными, долговечными, износоустойчивыми и иметь невысокую стоимость.}

По проекту «Жилье и городская среда» объем бюджетного финансирования до конца 2024 г. составит 891 млрд. рублей, а с учетом средств из внебюджетных источников – почти 1,1 трлн рублей

«По проекту «Жилье и городская среда» объем бюджетного финансирования до конца 2024 г. составит 891 млрд. рублей, а с учетом средств из внебюджетных источников – почти 1,1 трлн рублей», - об этом заявил на прошедшей пресс-конференции заместитель председателя Комитета ГД по жилищной политике и ЖКХ Павел Качкаев.

По словам депутата, 507 млрд рублей из общего бюджета предназначены для программы сноса аварийного и ветхого жилья. «По новой формуле Минфина с 2019 года затраты по программе сноса аварийного и ветхого жилья в размере 95 % будут покрыты из федерального бюджета», - сказал Качкаев.

В то же время, по мнению депутата, не все имеющиеся «рычаги» используются для успешной реализации федерального проекта по «обеспечению устойчивого сокращения непригодного для проживания жилищного фонда». «В каждом городе существует программа по развитию застроенных территорий, где часть аварийного жилья сносится без привлечения бюджетных средств. Таким образом количество расселенных квадратных метров с 9,5 млн можно увеличить до 11-12 млн», -заявил Павел Качкаев.

Кроме того, спикер отметил, что Федеральный проект в настоящий момент находится на доработке в профильных ведомствах, где в него вносятся важные изменения. «Думаю, что целевые показатели программы будут достигнуты», - добавил Качкаев.

В свою очередь, заместитель председателя Общественного Совета при Министерстве строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ, исполнительный директор НП «Национальный центр общественного контроля в сфере жилищно-коммунального хозяйства «ЖКХ Контроль» Светлана Разворотнева остановилась на вопросах общественного контроля за исполнением национальных проектов.

Так, по мнению Разворотневой, механизм «обеспечения устойчивого сокращения непригодного для проживания жилищного фонда» так и не был предложен, несмотря на многочисленные обсуждения различных вариантов законов, направленных на привлечение внебюджетных средств для реализации этого проекта. «Сейчас эти механизмы предложены, проект будет дорабатываться, и мы будем активно в этом участвовать», - сказала спикер.

Кроме того, Светлана Разворотнева выразила мнение общественников о том, что для решения жилищной проблемы людей с низкими доходами должны активно использоваться такие инструменты как арендное жилье, субсидии для нанимателя, защита прав нанимателя, налоговые рычаги. «Механизм прост - если вы не сдаете пустующую квартиру, вам обходится это очень дорого», - отметила спикер.

Не меньшую озабоченность общественников вызывает составление так называемого «индекса качества городской среды». По мнению Разворотневой, в нынешней методике не учтены оценки и показатели, характеризующие комфортность проживания граждан на данной территории, реальную открытость для граждан результатов работы органов власти, вклад органов самоуправления в развитие территории.

«Этот индекс должен объединить достижения большого количества национальных проектов и должен отвечать на вопрос насколько комфортно жить в городе, насколько развита социальная инфраструктура и дорожная сеть, какова ситуация с рабочими местами на данной территории. Общественная палата, и «ЖКХ-контроль» должны осуществлять собственный мониторинг именно по этим показателям. По крайней мере, по взаимоотношению граждан и властей в каждом конкретном городе», - добавила С. Разворотнева

В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.

В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.

Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.

Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.

Рис. 3.1.

Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.

Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.

Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.

Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а) и поворотными (рис. 3.2, б), откидными (рис. 3.2, в) с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г) и комбинированными (рис. 3.2,

Рис. 3.2.

На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.

Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).

В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.

Рис. 3.3.

В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.

В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).

Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле

где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.

Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р

где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:

где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.

Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.

Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.

На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.

Рис. 3.4.

Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.

Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.

Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.

На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.

Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма

Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле

где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.

Рис. 3.6.

В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.

Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:

Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и

качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .

Так как Т = Wf F i =Wtgi р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg

верхнего ролика вывод формулы аналогичен.

В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D = 22...26 мм, a d = 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D = 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg

0,1 0,5 = 0,05 =0,05.

Рис. 3.

На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами

(рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г). Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина.

На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б и крепят прихватом 3. Сила закрепления на заготовку передается от штока 8 гидроцилиндра 7 через клин 9, ролик 10 и плунжер 4. Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1, который поворачивает на оси 11 выступ 12. Прихват 3 легко перемешается от рычага 1 или пружины 2, так как в конструкции оси 13 предусмотрены прямоугольные сухари 14, легко перемещаемые в пазах прихвата.

Рис. 3.8.

Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила.

По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия.

На рис. 3.9, а показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5 и ролика 3, соединенного осью 4 с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1. Исходная сила Р, развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4 передается на рычаг 5.

При этом нижний конец рычага 5 перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б и закрепляет заготовку силой Q. Значение последней зависит от силы W и соотношения плеч прихвата 7.

Силу W для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению

Сила IV , развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б), равна

Силу If" 2 , развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в), определяют по уравнению

В приведенных формулах: Р- исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах

^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~ 0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D - наружный диаметр опорного ролика, мм; L - расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения

качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент

жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на-

трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в), мм; а - длина направляющей втулки плунжера, мм.

Рис. 3.9.

действия

Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W на верхнем конце наклонного звена 3 (см. рис. 3.9, а) составляет JV ~ 3,5Р, а при а = 3° W~ 1 IP, где Р - сила на штоке 8 пневмоцилиндра.

На рис. 3.10, а приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2. Сила закрепления на прихват передается от штока 8 пневмоцилиндра через ролик 6 и регулируемое по длине наклонное звено 4, состоящее из вилки 5 и серьги 3. Для предотвращения изгиба штока 8 для ролика предусмотрена опорная планка 7.

В зажимном механизме (рис. 3.10, б) пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1 приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2 зажимного

Рис. 3.10.

механизма. Во время закрепления заготовки шток 3 пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5 со звеном б поворачивается на оси 4. При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Крымский филиал

ФГБОУ ВПО

«Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф.Ушакова»

Кафедра "Фундаментальные дисциплины"

Теория механизмов и машин

Курсовой проект

Плоский рычажный механизм

Пояснительная записка

Проект разработал: ст. гр. _

_____________________________

Руководитель проекта: проф. Буров В.С.

Севастополь 2012

1. Кинематический анализ плоского рычажного механизма................................................... 3

1.1. Построение механизма в 12 положениях.................................................................................. 3

1.2. Построение планов мгновенных скоростей............................................................................. 4

1.3. Построение планов мгновенных ускорений............................................................................ 5

1.4. Построение диаграммы перемещений....................................................................................... 8

1.5. Построение диаграммы скоростей............................................................................................. 9

1.6. Построение диаграммы ускорений............................................................................................ 9

2. Силовой анализ плоского рычажного механизма................................................................ 10

2.1. Определение нагрузок, действующих на звенья механизма................................................ 10

2.2. Силовой расчёт группы звеньев 7, 6........................................................................................ 12

2.3. Силовой расчёт группы звеньев 4, 5........................................................................................ 13

2.4. Силовой расчёт группы звеньев 2, 3........................................................................................ 14

2.5. Силовой расчёт ведущего звена............................................................................................... 15

2.6. Силовой расчёт ведущего звена методом Жуковского.......................................................... 15

3. Синтез зубчатого механизма..................................................................................................... 16

3.1. Определение геометрических параметров зубчатого механизма........................................ 16

3.2. Построение плана линейных скоростей.................................................................................. 19

3.3. Построение плана угловых скоростей..................................................................................... 20

4. Синтез кулачкового механизма................................................................................................ 21

4.1. Построение графика аналогов ускорений............................................................................... 21

4.2. Построение графика аналогов скоростей................................................................................ 22

4.3. Построение графика аналогов перемещений......................................................................... 22

4.4. Нахождение минимального начального радиуса кулачка..................................................... 22

4.5. Построение профиля кулачка................................................................................................... 23

Список литературы........................................................................................................................ 24

1. Кинематический анализ плоского рычажного механизма.

Дано:

Схема плоский рычажного механизма.

Геометрические параметры механизма:

l ОА =125 мм;

l АВ =325 мм;

l АС =150 мм;

Необходимо построить механизм в 12 положениях, планы мгновенных скоростей для каждого из этих положений, планы мгновенных ускорений для любых 2-х положений, а также диаграммы перемещений, скоростей и ускорений.

1.1 Построение 12 положений плоского рычажного механизма.

Строим окружность радиусом ОА. Тогда масштабный коэффициент будет:

Выбираем начальное положение механизма и от этой точки делим окружность на 12 равных частей. Центр окружности (т. О) соединяем с полученными точками. Это и будут 12 положений первого звена.

Через т. О проводим горизонтальную прямую линию Х-Х. Затем строим окружности радиусом АВ с центрами в ранее полученных точках. Соединяем точки В 0 , В 1 , В 2 ,…,В 12 (пересечения окружностей с прямой Х-Х) с точками 0, 1, 2, …, 12. Получим 12 положений второго звена.

От т. О откладываем вверх отрезок b. Получим точку О 1 . Из неё радиусом О 1 D проводим окружность.

На отрезках АВ 0 , АВ 1 , АВ 2 , …, АВ 12 от точки А откладываем расстояние равное АС. Получим точки С 0 , С 1 , С 2 , …, С 12 . Через них проводим дуги радиусом DC до пересечения с окружностью с центром в точке О 1 . Соединяем точки С 0 , С 1 , С 2 , …, С 12 с полученными. Это будут 12 положений третьего звена.

Точки D 0 , D 1 , D 2 , …, D 12 соединяем с т. О 1 . Получим 12 положений четвёртого звена.

От самой верхней точки окружности с центром в т.О1 откладываем горизонтально отрезок равный a. Через его конец проводим вертикальную прямую Y-Y. Далее из точек D 0 , D 1 , D 2 , …, D 12 строим дуги радиусом DE до пересечения с полученной прямой. Соединяем эти точки с вновь полученными. Это будут 12 положений пятого звена.

Учитывая масштабный коэффициент , размеры звеньев будут:

АВ= l АВ * =325*0.005=1,625 м;

АС= l АС * =150*0,005=0,75 м;

СD= l CD * =220*0.005=1.1 м;

О 1 D= l О1 D * =150*0,005=0,75 м;

DЕ=l DE * =200*0,005=1 м;

а 1 = а* =200*0,005=1 м;

b 1 = b* =200*0.005=1 м.

1.2 Построение планов мгновенных скоростей.

Для построения плана скоростей механизма существуют различные методы, наиболее распространённым из которых является метод векторных уравнений.

Скорости точек О и О 1 равны нулю, поэтому на плане скоростей совпадают с полюсом плана скоростей р.

Положение 0:

Но скорость т.В совпала с полюсом р, следовательно V B =0, а это значит, что скорости всех остальных точек тоже совпадут с полюсом и будут равны нулю.

Аналогично строятся планы мгновенных скоростей для положений 3, 6, 9, 12.

Положение 1 :

Скорость т.А получаем из уравнения:

Линия действия вектора скорости т.А перпендикулярна звену ОА, а сам направлен в сторону вращения звена.

На плане мгновенных скоростей строим отрезок (pа) ┴ ОА, его длина (ра)=45мм. Тогда масштабный коэффициент равен:

Скорость т.В получаем из уравнений:

, где V BA ┴ ВА, а V ВВ0 ║Х-Х

Из т.a на плане скоростей строим прямую ┴ звену ВС, а из т.р проводим горизонтальную прямую. В пересечении получим т.b. Соединяем т.а и т.b. Это будет вектор скорости т.В (V B).

V B = pb* = 0.04*15.3 = 0.612

Скорость т.С определяем с помощью теоремы подобия и правила чтения букв. Правило чтения букв заключается в том, что порядок написания букв на плане скоростей или ускорений жёсткого звена должен в точности соответствовать порядку написания букв на самом звене.

Из пропорции:

Можно определить длину отрезка ас:

Отложим от т.а отрезок равный 19,2 мм, получим т.с, соединим её с полюсом, получим вектор скорости т.С (V C).

Скорость т.D определяется с помощью решения системы геометрических уравнений:

, где V DC ┴ DC, а V DO 1 ┴ DO 1

Из т.c на плане скоростей строим прямую ┴ звену DС, а из т.р проводим прямую ┴ DO 1 . В пересечении получим т.d. Соединяем т.d с полюсом, получим вектор скорости т.D (V D).

V D = pd* = 0.04*37.4 = 1.496

Скорость т.Е находим также из решения системы уравнений:

, где V ED ┴ ED, а V EE 0 ║Y-Y

Из т.d на плане скоростей строим прямую ┴ звену DE, а из т.р проводим вертикальную прямую. В пересечении получим т.е. Соединяем т.а и т.b. Это будет вектор скорости т.В (V B).

V Е = pе* = 0.04*34,7 = 1,388

Аналогично строятся планы мгновенных скоростей для 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11 положений механизма.

1.3 Построение планов мгновенных ускорений.

Ускорения точек О и О 1 равны нулю, поэтому на плане ускорений они совпадут с полюсом плана ускорений π.

Положение 0:

Ускорение точки А находим:

На плане мгновенных ускорений строим отрезок πа ║ ОА, его длина (πа)=70 мм. Тогда масштабный коэффициент:

Направление ускорения т.В и т.А ║ прямой Х-Х, ┴ ВА, следовательно ускорение т.В совпадёт с концом вектора мгновенного ускорения т.А, а это значит, что и ускорения всех остальных точек механизма совпадут с ним.

Положение 7:

Ускорение точки А находим:

На плане мгновенных ускорений строим отрезок πа ║ ОА, его длина (πа)=70 мм.

Ускорение точки В можно найти с помощью решения векторного уравнения:

От т.а откладываем отрезок равный 21 мм ║ АВ, затем от конца полученного вектора строим отрезок ┴ АВ, а через полюс проводим горизонтальную прямую. Соединяя тоску пересечения с полюсом, получим вектор ускорения т.В.

Ускорение т.C находим с помощью теоремы подобия и правила чтения букв:

Следовательно

Ускорение точки D можно найти с помощью решения системы векторных уравнений:

От т.с откладываем отрезок равный 14,5 мм ║ DC, затем от конца полученного вектора строим отрезок ┴ DС.

Из т. π строим отрезок равный 1,75 мм ║ O 1 D, затем через конец полученного вектора проводим прямую ┴ O 1 D. Соединяя точку пересечения прямой ┴ O 1 D и прямой ┴ DС с полюсом, получим вектор ускорения т.D.

Ускорение точки E можно найти с помощью решения системы векторных уравнений:

Направление ускорения точки E ║ ED, поэтому через полюс проводим горизонтальную прямую, а от т.конца вектора ускорения т.D строим отрезок равный 1,4 мм ║ ED, затем от конца полученного ве6ктора проводим прямую ┴ ЕD. Соединяя точку пересечения прямой ║ ED и прямой ┴ ЕD с полюсом, получаем вектор ускорения точки Е.

1.4 Построение диаграммы перемещений выходного звена.

Диаграмма перемещений выходного звена получается в результате построения отрезков, которые берутся с чертежа плоского рычажного механизма в 12 положениях с учётом масштабного коэффициента

1.5 Построение диаграммы скоростей выходного звена.

Диаграмма скоростей выходного звена получается в результате графического дифференцирования методом приращений диаграммы перемещений выходного звена. Этот метод по сути является методом хорд. Если постоянное полюсное расстояние Н взять равным величине интервала Δt, тогда нет необходимости в проведении лучей через полюс П, так как в этом случае отрезки h i являются приращениями функции S(t) на интервале Δt.

Т. е. на диаграмме перемещений строится вертикальный отрезок от первого деления до пересечения с графиком. Затем из точки пересечения откладывается горизонтальный отрезок до пересечения со следующим делением. Потом от полученной точки снова откладывается вертикальный отрезок до пересечения с графиком. Так повторяется до окончания графика. Полученные отрезки строят на диаграмме скоростей с учётом масштабного коэффициента, но не от первого деления, а на пол деления раньше:

1.6 Построение диаграммы ускорений выходного звена.

Строится аналогично диаграмме скоростей выходного звена механизма

2. Силовой анализ плоского рычажного механизма.

Дано:

l ОА = 125 мм;

l АВ = 325 мм;

l АС = 150 мм;

l CD = 220 мм;

l О1 D = 150 мм;

l DE = 200 мм;

F max = 6.3 кН;

m К = 25 кг/м;

Диаграмма сил полезных сопротивлений.

Необходимо определить реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент на входном валу механизма.

2.1 Определение нагрузок, действующих не звенья механизма.

Вычислим силы тяжести. Равнодействующие этих сил расположены в центрах масс звеньев, а величины равны:

G 1 = m 1 * g = m К * l ОА * g = 25 * 0.125 * 10= 31.25 H

G 2 = m 2 * g = m К * l B А * g = 25 * 0.325 *10 = 81.25 H

G 3 = m В * g = 20 * 10 = 200 Н

G 4 = m 4 * g = m К * l CD * g = 25 * 0.22 * 10 = 55 H

G 5 = m 5 * g = m К * l О 1D * g = 25 * 0.15 * 10 = 37,5 H

G 6 = m 6 * g = m К * l DE * g = 25 * 0.2 * 10 = 50 H

G 7 = m 7 * g = 15 * 10 = 150 H

Найдём силу полезного сопротивления по диаграмме сил полезных сопротивлений. Для рассматриваемого положения механизма эта сила равна нулю.

Данных для вычисления сил вредных сопротивлений нет, поэтому их не учитываем.

Для определения инерционных нагрузок требуются ускорения звеньев и некоторых точек, поэтому воспользуемся планом ускорений для рассматриваемого положения механизма.

Определим силы инерции звеньев. Ведущее звено, как правило, уравновешено, то есть центр масс его лежит на оси вращения, а равнодействующая сил инерции равна нулю. Для определения сил инерции других звеньев механизма предварительно определим ускорения их центров масс:

а S2 = * πS 2 = 0.4 * 58.5 = 23.4 м/с 2

а B = * πb = 0,4 * 64.9 = 25.96 м/с 2

а S4 = * πS 4 = 0.4 * 65.7 = 26.28 м/с 2

а D = * πd = 0,4 * 78.8 = 31.52 м/с 2

а S6 = * πS 6 = 0.4 * 76.1 = 30.44 м/с 2

а E = * πe = 0,4 * 74.5 = 29.8 м/с 2

Теперь определим силы инерции:

F И2 = m 2 * а S2 = 8.125 * 23.4 = 190 H

F И3 = m 3 * а B = 20 * 25.96 = 519 H

F И4 = m 4 * а S4 = 5.5 * 26.28 = 145 H

F И6 = m 6 * а S6 = 5 * 30.44 = 152 H

F И7 = m 7 * а E = 15 * 29.8 = 447 H

Для определения моментов сил инерции необходимо найти моменты инерции масс звеньев и их угловые ускорения. У звеньев 3 и 7 массы сосредоточены в точках, у звена 1 и угловое ускорение равно нулю, поэтому моменты сил инерции этого звена равна нулю.

Примем распределение массы звеньев 2, 4 и 6 равномерно по их длинам. Тогда инерция звеньев относительно точек S i равен:

J S 2 = m 2 * l 2 2 /12 = 8,125 * 0,325 2 /12 = 0,0715 кг*м 2

J S 4 = m 4 * l 4 2 /12 = 5,5 * 0,22 2 /12 = 0,0222 кг*м 2

J S 6 = m 6 * l 6 2 /12 = 5 * 0,2 2 /12 = 0,0167 кг*м 2

Угловые ускорения звеньев 2, 4, 5 и 6 определяются по относительным тангенциальным ускорениям, поэтому:

Найдём моменты сил инерции 2, 4, 6 звеньев:

М И2 = J S 2 * = 0,0715 * 82,22 = 5,88 Нм

М И4 = J S 4 * = 0,0222 * 42,73 = 0,95 Нм

М И6 = J S 4 * = 0,0167 * 35,6 = 0,59 Нм

2.2 Силовой расчёт группы звеньев 6, 7.

Выделим из механизма группу звеньев 6, 7, расставим все реальные нагрузки и силы и моменты сил инерции.

Действие на рассматриваемую группу отброшенных звеньев заменим силами. В т.Е на ползун 7 действует сила со стороны стойки - направляющей ползуна. В отсутствии трения сила взаимодействия направлена перпендикулярно к контактирующим поверхностям, т. е. перпендикулярно направлению движения ползуна, а влево или вправо, пока не известно, поэтому направим эту силу предварительно вправо. Если после вычислений окажется, что она отрицательна, то необходимо изменить направление на противоположное.

В индексе обозначения ставятся две цифры: первая показывает со стороны какого звена действует сила, а вторая - на какое звено эта сила действует.

В точке D со стороны звена 5 на звено 6 действует сила R 56 . Ни величина, ни направление этой силы неизвестны, поэтому определяем её по двум составляющим: одну направим вдоль звена и назовём нормальной составляющей, а вторую перпендикулярно звену и назовём тангенциальной составляющей. предварительное направление этих составляющих выбираем произвольно, а действительное направление определиться знаком силы после вычислений.

На ползун Е действует ещё сила полезного сопротивления, но она равна нулю.

Расставим на выделенной группе звеньев все перечисленные силы и определим неизвестные реакции в кинематических парах Е, D - R E и R 56 .

Сначала определяем тангенциальную составляющую силы R 56 из условия равновесия звена 6. Приравняв нулю сумму моментов сил относительно точки Е, получим:

Момент сил инерции необходимо делить на потому, что звенья изображены в масштабе , и в расчётах используются их значения снятые с чертежа.

Нормальная составляющая силы R 56 и сила R E находятся графическим методом из векторного многоугольника, построенного для группы звеньев 6, 7. Известно, что при силовом равновесии многоугольник, составленный из векторов сил, должен быть замкнутым:

Так как направления линий действия нормальной составляющей силы R 56 и R E известны, то построив предварительно незамкнутый многоугольник из известных векторов сил, можно обеспечить его замыкание, если провести через начало первого и конец последнего вектора прямые, параллельные направлениям искомых сил. Точка пересечения этих прямых определит величины искомых векторов и их действительные направления.

Из построений видно, что направление силы R 76 - от n к m, а силы R 67 - от m к n.

R 56 = * = 1/4 * 209,7 = 52.43 Н

R E = * = 1/4 * 69,3 = 17.33 Н

2.3 Силовой расчёт группы звеньев 5,4.

Выделим из механизма группу звеньев 4, 5, расставим все реальные нагрузки и силы и моменты сил инерции, реакции отброшенных звеньев. В точке D действует сила R 65 , которая равна R 56 и направлена противоположно ей.

Неизвестными являются: сила взаимодействия 4 и 2 звена, сила взаимодействия 5 звена и стойки.

В точке С со стороны звена 2 на звено 4 действует сила R 24 . Ни величина, ни направление этой силы неизвестны, поэтому определяем её по двум составляющим: одну направим вдоль звена и назовём нормальной составляющей, а вторую перпендикулярно звену и назовём тангенциальной составляющей. предварительное направление этих составляющих выбираем произвольно, а действительное направление определиться знаком силы после вычислений.

Сначала определяем тангенциальную составляющую силы R 24 из условия равновесия звена 4. Приравняв нулю сумму моментов сил относительно точки D, получим:

Нормальная составляющая силы R 24 и сила R O 1 находятся графическим методом из векторного многоугольника, построенного для группы звеньев 5, 4. Известно, что при силовом равновесии многоугольник, составленный из векторов сил, должен быть замкнутым:

Определим величины реакций в кинематических парах:

R 24 = * = 1 * 26.6 = 26.6 Н

R O 1 = * = 1 * 276.6 = 276.6 Н

2.4 Силовой расчёт группы звеньев 2, 3.

Выделим из механизма группу звеньев 2, 3, расставим все реальные нагрузки и силы и моменты сил инерции, реакции отброшенных звеньев. В точке C действует сила R 24 , которая равна R 24 и направлена противоположно ей.

Неизвестными являются: сила взаимодействия 1 и 2 звена, сила взаимодействия 2 звена и ползуна.

В точке С со стороны звена 1 на звено 2 действует сила R 12 . Ни величина, ни направление этой силы неизвестны, поэтому определяем её по двум составляющим: одну направим вдоль звена и назовём нормальной составляющей, а вторую перпендикулярно звену и назовём тангенциальной составляющей. предварительное направление этих составляющих выбираем произвольно, а действительное направление определиться знаком силы после вычислений.

Сначала определяем тангенциальную составляющую силы R 12 из условия равновесия звена 2. Приравняв нулю сумму моментов сил относительно точки А, получим:

Нормальная составляющая силы R 12 и сила R В находятся графическим методом из векторного многоугольника, построенного для группы звеньев 2, 3. Известно, что при силовом равновесии многоугольник, составленный из векторов сил, должен быть замкнутым:

Так как направления линий действия нормальной составляющей силы R 24 и R O 1 известны, то построив предварительно незамкнутый многоугольник из известных векторов сил, можно обеспечить его замыкание, если провести через начало первого и конец последнего вектора прямые, параллельные направлениям искомых сил. Точка пересечения этих прямых определит величины искомых векторов и их действительные направления.

Определим величины реакций в кинематических парах:

R 12 = * = 1/2 * 377,8 = 188,9 Н

R В = * = 1/2 * 55,4 = 27,7 Н

2.5 Силовой расчёт ведущего звена.

Ведущее звено обычно уравновешено, то есть центр масс его находится на оси вращения. Для этого требуется, чтобы сила инерции противовеса, установленного на продолжении кривошипа ОА, равнялась силе инерции звена ОА:

m = M 1 /l OA = 3.125/0.125 = 25 кг - масса единицы длины.

Отсюда можно определить массу противовеса m 1 , задавшись её расстоянием r 1 от оси вращения. При r 1 = 0,5 * l m 1 = M 1 (масса звена ОА).

В точке А на 1 звено со стороны 2 звена действует сила R 21 , момент которой относительно точки О равен уравновешивающему моменту.

В точке О при этом возникает реакция R О, равная и противоположно направленная силе R 21 . Если сила тяжести звена соизмерим с силой R 21 , то её необходимо учесть при определении реакции опоры О, которая может быть получена из векторного уравнения:

2.6 Силовой расчёт ведущего звена методом Жуковского.

К плану мгновенных скоростей механизма, повернутому на 90 0 в сторону вращения, прикладываем все силы, действующие на механизм, и составляем уравнение моментов действующих сил относительно полюса.

Весьма разнообразны. Одни из них представляют собой сочетание только твердых тел, другие имеют в своем составе гидравлические, пневматические тела или электрические, магнитные и другие устройства. Соответственно такие механизмы называются гидравлическими, пневматическими, электрическими и т.д.

С точки зрения их функционального назначения механизмы обычно делятся на следующие виды:

Механизмы двигателей осуществляют преобразование различных видов энергии в механическую работу (например, механизмы двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др.).

Механизмы преобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работы в другие виды энергии (например, механизмы насосов, компрессоров, гидроприводов и др.).

Передаточный механизм (привод) имеет своей задачей передачу движения от двигателя к технологической машине или исполнительному механизму, преобразуя это движение в необходимое для работы данной технологической машины или исполнительного механизма.

Исполнительный механизм – это механизм, который непосредственно воздействует на обрабатываемую среду или объект. В его задачу входит изменение формы, состояния, положения и свойств обрабатываемой среды или объекта (например, механизмы металлообрабатывающих станков, прессов, конвейеров, прокатных станов, экскаваторов, грузоподъемных машин и др.).

Механизмами управления, контроля и регулирования называются различные механизмы и устройства для обеспечения и контроля размеров обрабатываемых объектов (например измерительные механизмы по контролю размеров, давления, уровней жидкости; регуляторы, реагирующие на отклонение угловой скорости главного вала машины и устанавливающие заданную скорость этого вала; механизм, регулирующий постоянство расстояния между валками прокатного стана, и т.д.).

К механизмам подачи транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов относятся механизмы винтовых шнеков, скребковых и ковшевых элеваторов для транспортировки и подачи сыпучих материалов, механизмы загрузочных бункеров для штучных заготовок, механизмы сортировки готовой продукции по размерам, весу, конфигурации и т.д.

Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки готовой продукции применяются во многих машинах, в основном выпускающих массовую штучную продукцию. Надо иметь в виду, что эти механизмы могут быть и исполнительными механизмами, если они входят в специальные машины, предназначенные для этих целей.

Данная классификация показывает лишь многообразие функционального применения механизмов, которая может быть еще значительно расширена. Однако для выполнения различных функций часто применяются механизмы, имеющие одинаковое строение, кинематику и динамику. Поэтому для изучения в теории механизмов и машин выделяются механизмы, имеющие общие методы их синтеза и анализа работы, независимо от их функционального предназначения. С этой точки зрения выделяются следующие виды механизмов.