Рычажный механизм. Расчет маховика. Синтез зубчатого механизма. Синтез кулачкового механизма. Контрольные параметры

Содержание

Техническое задание                                                                                                 5

1. Рычажный механизм                                                                                                 8

   1.1. Структурный анализ                                                                                          8

   1.2. План положений                                                                                                  8

   1.3. План скоростей                                                                                                    9

   1.4. План ускорений                                                                                                  10

   1.5. Аналитический метод кинематического анализа                                         11

   1.6. Построение кинематических диаграмм                                                         16

   1.7. Силовой расчет группы Ассура 2-3                                                                  17

   1.8. Силовой расчет группы Ассура 4-5                                                                  18

   1.9. Силовой расчет начального механизма                                                           19

   1.10. Мощности и КПД                                                                                            19

   1.11. Аналитический метод силового расчета                                                     22

2. Расчет маховика                                                                                                      24

   2.1. Построение диаграмм давлений, приведенных моментов, работ               24

   2.2. Построение диаграмм приращения кинетических энергий и приведенных

          моментов инерции                                                                                             26

   2.3. Определение момента инерции маховика методом Н. И. Мерцалова         28

   2.4. Определение основных геометрических параметров маховика                   29

3.Синтез зубчатого механизма                                                                                 32

  3.1. Выбор коэффициентов смещения и геометрический расчет

       эвольвентного зубчатого зацепления                                                                 32

  3.2.Построение картины зубчатого зацепления                                                   33

  3.3.Построение диаграмм относительного скольжения и удельного давления 34

  3.4.Контрольные параметры                                                                                   35

  3.5.Блокирующий контур                                                                                          37

  3.6.Подбор чисел зубьев планетарного механизма                                                37

4.Синтез кулачкового механизма                                                                               38

   4.1.Интегрирование закона движения толкателя                                               38

   4.2.Графичекий метод определения основных размеров кулачкового механизма с толкателем – коромыслом                                                                                      39

   4.3.Профилирование кулачка                                                                                   40

Список литературы                                                                                                    41

Техническое задание

Зубчатый механизм

Рычажный механизм ДВС состоит из кривошипа 1, шатунов 2 и 4, ползунов 3 и 5.

       Рисунок1 - Кинематическая схема рычажного механизма ДВС.

Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания или компрессора от положения поршня. В механизме ДВС четырехтактный цикл работы в каждом цилиндре осуществляется за 2 оборота кривошипа и содержит такты: всасывание (кривая a-b), сжатие b-c, расширение (рабочий ход) c-d-e и выпуск e-a.

В цилиндре С происходит такт “расширение”, т.е. сила, действующая на поршень, направлена по движению поршня и является движущей. В остальных тактах действуют силы сопротивления, направленные против движения. Для каждого положения кривошипа давление в цилиндре определяют путем сноса точки положения поршня на соответствующую линию индикаторной диаграммы.

В цилиндре Е происходит такт “всасывание” и воздух всасывается из атмосферы в цилиндр. При всасывании давление ниже атмосферного.

Угловая скорость кривошипа:

Длины звеньев АВ и АD:  

Длины звеньев BC и DE:

Масса кривошипа:

Массы шатунов 2 и 4:

Массы ползунов 3и 5:

Момент инерции центров масс шатунов:

Максимальное давление:

Коэффициент неравномерности 

Зубчатый механизм

Движение коленчатого вала 1 передается на зубчатый механизм, состоящий из планетарной ступени 1-Н с модулем , и простой 4-5 с модулем

        Рисунок 2 - Кинематическая схема зубчатого механизма.

Исходные данные:

Передаточное отношение простой ступени:

   

   Зубчатая передача 4-5 проектируется со смещением.

   Цели смещения : вписывание в стандартное межосевое расстояние, повышение износостойкости, изгибной прочности.

 Кулачковый механизм

Кулачковый механизм с вращающемся толкателем состоит из кулачка 1, ролика 2 и толкателя 3.

           Рисунок 3 - Схема кулачкового механизма.

Исходные данные:

Вариант:  А221.

Закон движения толкателя:  синусоидальный.

Движение толкателя: вращательное.

Фазовые углы:

Угловой шаг:

Максимальное угловое перемещение:

Длинна коромысла:

Радиус ролика:

Допускаемые углы давления на фазе сближения:

Допускаемые углы давления на фазе удаления:

1.Рычажный механизм

1.1.Структурный анализ механизма

Число степеней свободы по формуле Чебышева:

                                                                                                 (1)

где  число подвижных звеньев,

       -число низших кинематических пар,

       -число выcших кинематических пар,.

                                            

Рычажный механизм имеет одно начальное звено.

   .

Отсоединяем группы Ассура.

         Рисунок 4   - Отсоединение групп Ассура.

Формула строения механизма:

.

Данный механизм относиться ко второму классу.

1.2.Планы положений

 Масштаб планов положений:

,                                                                                                                                                (2)

где – длина отрезка, изображающего длину звена;

   .

Длины отрезков, отображающих длины звеньев:

.

1.3.Планы скоростей

Построение планов решает задачу графического определения искомых параметров.

В методе планов используют принцип известный из теоретической механики, в соответствии с которым движение точки любого звена подчиняется следующему  векторному уравнению:

,                                                                                                       (3)

 где   - абсолютная скорость искомой точки;

        -переносная скорость;

        -относительная скорость.

   Первую систему составим для группы Ассура 2-3:

                                                                                                    (4)

В первом уравнение системы скорость    направлена перпендикулярно звену АВ,    - перпендикулярно звену СВ, а скорость известна по направлению.

                                                                (5)

По заданной скорости   подбираем масштаб планов скоростей.

                                                                           (6)

План скоростей строится в масштабе   в следующем порядке: выбирается положение полюса Р плана скоростей , проводится направление скорости     через этот полюс, затем перпендикулярно звеньям ВС и ЕD соответственно на плане проводят скорости    и     . На векторе  определяется точка    из уравнения

Через  и  проводится вектор, который обозначает скорость   .Тем же путем находится скорость .Из плана скоростей находим действительное значение скорости путем деления величины векторов на масштаб

                                                                              (7)

                                                                             (8)

                                                                            (9)

Зная скорость  находим угловую скорость звена 2:

                                                                           (10)

План скоростей для группы Асура 4-5 строится аналогично группе Асура 2-3.

                                                                                                 (11)

Находим скорости из плана. Они равны соответственно скоростям группы Асура 2-3.

  

1.4.Планы ускорений

Векторное уравнение для построения плана ускорений имеет следующий вид:

                                                                                            (12)

где – полное ускорение искомой точки;

      -переносное ускорение;

      - ускорение Кориолиса;

      -относительное ускорение.

                                                                                                              (13)

Во вращательной кинематической паре кориолисово ускорение равно нулю.

Система векторных уравнений группы Асура 2-3.

                                                                                     (14)

    

                                                         (15)

Выбираем масштаб плана ускорений 

                                                                   (16)

                                                                  (17)

                                                          (18)

Из плана ускорений находим действительное значение ускорений:

                                                                   (19)

                                                                    (20)

                                                                    (21)

                                                               (22)

План ускорений для группы Ассура 4-5 строится аналогично группе Ассура 2-3.

1.5.Аналитический метод кинематического анализа

1.5.1.Исходные данные

                                                   

                                                        

1.5.2.Алгоритм расчета

Расчетная схема кинематической цепи представлена на рисунке 5.

      Рисунок 5 - Расчетная схема.

Векторное уравнение по методу замкнутых векторных контуров имеет вид:

                                                                                                         (23)

где  длина кривошипа;

      длина шатуна.

Направляющий угол    вектора  определяется по зависимости:

                                                                                (24)

где   угол расположения начального звена 1;

       относительная длина звена 2.

                                                                                                             (25)

Направляющие углы по величине определяются как углы между положительным направлением оси X  и вектором в направлении против часовой стрелки.

Угловая скорость шатуна:   

                                                                  (26)

Угловое ускорение шатуна:

                                                        (27)

Положительные значения угловых параметров и соответствуют их направлению против часовой стрелки, отрицательные - по часовой стрелке.

Линейная координата точки С ползуна, отсчитывается от точки А:

                                                                 (28)

Расстояние от левой (нижней) мертвой точки до ползуна:

                                                                                               (29)

Дифференцирование выражения 15 дает скорость ползуна: 

                                                      (30)

Повторное дифференцирование дает ускорение ползуна:

          (31)

Положение центра масс шатуна   определятся линейными координатами:

                                                              (32)

                                                                 (33)

где

При дифференцировании уравнений 19 и 20 получается выражение