Структурный, кинематический и кинетостатический анализ плоского рычажного механизма. Расчёт маховика. Синтез зубчатого механизма

Содержание.

         Техническое задание

1.  Структурный, кинематический и кинетостатический анализ плоского рычажного механизма

1.1 Структурный анализ

1.2  Планы положений

1.3 Планы скоростей

1.4 Планы ускорений

1.5 Кинематические диаграммы

1.6 Аналитические методы

1.6.1. Исходные данные

1.6.2. Алгоритм расчёта

1.6.3. Данные, полученные с помощью ЭВМ и их анализ.

     1.7.Годографы скоростей и ускорений центра масс шатуна

     1.8. Силовой расчёт диады 2-3

              1.8.1.Исходные данные

              1.8.2. Уравнения моментов

              1.8.3. Векторное уравнение диады 2-3

1.9. Силовой расчёт диады 4-5

1.9.1. Уравнение моментов

1.9.2. Векторное уравнение диады 4-5

1.10. Силовой расчёт начального звена.

1.11. Мощности и КПД

1.12. Аналитический метод силового расчёта

1.12.1. Алгоритм расчёта

1.12.2. Данные, полученные с помощью ЭВМ.

1.12.3. Анализ результатов расчёта

1.13. Годографы реакций

2.  Расчёт маховика.

2.1. Диаграммы давлений, приведенных моментов сил, работ

2.2. Диаграммы приращений кинетических энергий и приведенных моментов инерции

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

2.4. Определение основных геометрических параметров маховика.

2.5. Данные, полученные с помощью ЭВМ.

3.  Синтез зубчатого механизма.

3.1. Выбор коэффициентов смещения и геометрический расчёт эвольвентного зубчатого зацепления

3.2. Построение картины зубчатого зацепления.

3.3. Диаграммы относительного скольжения и удельного давления.

3.4. Контрольные параметры.

3.5. Блокирующий контур.

3.6. Подбор чисел зубьев редуктора Джеймса

4.Синтез кулачкового механизма.

4.1. Графический метод определения основных размеров кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем.

4.2. Профилирование кулачка.

          Список литературы.

Техническое задание

Рисунок 1. Кинематическая схема рычажного механизма ДВС.

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

В механизме ДВС четырёхтактный цикл работы в каждом цилиндре осуществляется за два оборота кривошипа и содержит такты: всасывание, сжатие, расширение и выпуск.

Движение поршня 5, связанного с коленчатым валом 1, происходит в результате расширения продуктов сгорания топлива, впрыснутого в цилиндр Е. В такте всасывания при движении поршня от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ) всасывающий клапан открыт и за счёт разряжения воздух всасывается из атмосферы в цилиндр. При всасывании давление ниже атмосферного.

В такте сжатия происходит сжатие смеси воздуха и топлива при закрытом клапане и движении поршня к ВМТ. В такте расширения совершается рабочий ход, когда расширяющие продукты сгорания движут поршень к НМТ. В остальных тактах действуют силы сопротивления, направленные против движения. Для каждого положения кривошипа давление газов в цилиндре определено путём сноса точки положения поршня  на соответствующую линию индикаторной диаграммы. В такте выпуска происходит вы пуск отработавших газов, которые удаляются через выпускной клапан. Выпускной клапан открывается чуть раньше, чем поршень дойдёт до НМТ и 70% отработавших газов вылетают под действием сил расширения именно в этот период.

Индикаторная диаграмма – графическая зависимость между давлением газов в цилиндре от положения поршня. На индикаторной диаграмме циклы ДВС показаны соответственно линиями а-в, в-с, с-d-c, c-a.

Исходные данные:

- угловая скорость кривошипа АВ;

- длина кривошипа АВ;

- длина шатуна ВС;

- расстояние ВS₂,DS₄

- масса кривошипа АВ;

- масса шатуна ВС и BD;

- масса ползунa С и D;

- моменты инерции шатунов ВС и ВD;

- максимальное давление.

- коэффициент неравномерности

Зубчатый механизм

Рисунок   . Кинематическая схема зубчатого механизма.

Две ступени: планетарная (редуктор Джеймса) с модулем и обычная с модулем ,

- число зубьев шестерни;

- число зубьев колеса;

- модуль внутреннего зубчатого зацепления 2^’ - 3;

- модуль внешнего зубчатого зацепления 4 – 5.

1.  Кулачковый механизм с поступательно движущимся толкателем:

Рисунок     Кинематическая схема кулачкового механизма

Рисунок      Закон движения толкателя

Кулачок В-1-7-2

, - фазовые углы;

- угловой шаг;

- максимальное перемещение;

- допускаемый угол на фазе сближения;

- допускаемый угол на фазе удаления;

- радиус ролика.

1. Структурный, кинематический и кинетостатический анализ рычажного механизма

1.1.  Структурный анализ

Цель – отсоединение групп Асура, определение степени свободы.

Определяем числа степеней свободы по формуле Чебышева [2]:

W = 3n – 2pн – рв ,

(1)

где n – число подвижных звеньев (n = 5);

p_н – число низших кинематических пар (p_н = 7);

р_в – число высших кинематических пар (p_в = 0).

W = 3×5 – 2×7 – 0 =1.  

Составляем таблицу 1, в которой указываем кинематические пары и звенья механизма

Таблица 1

№ кинематических пар	№ звеньев входящих в кинематическую пару
I	0 –1
II	1 - 2
III	1 – 4
IV	2 – 3
V	0 – 3
VI	4 – 5
VII	0 -5

Отсоединены группы Ассура, наиболее удаленные от начального звена 2 – 3 и 4 – 5. Они образуют в отдельности группу Ассура II класса 2 – го вида (II₂). Остается один начальный механизм I класса (I).

Рисунок    4  . Группы Ассура

Формула построения механизма:    I (1) – II₂ (2,3) - II₂ (4,5). Механизм относится ко второму классу.

1.2.  Планы положений.

Масштаб плана положений  

(2)

       Где АВ – длина отрезка АВ  на чертеже

Длины звеньев на чертеже:

1.3.  Планы скоростей.

План скоростей строится по системе векторных уравнений [2]:

(3)

 Скорость точки BV_B, м/с:

(4)

Масштаб плана скоростей [2]:

,

(5)

где pb – длина вектора скорости точки В, мм (принято pb = 48 мм).

.

Порядок построения плана скоростей:

1.  Выбор положения полюса Р

2.  Направление скорости V_c проходит через этот полюс

3.  Построения V_B BC, V_D DE

4.  Построение S₂, S₂=0.3bc

5.  Построение V_S2 через S₂  и p

6. V_S4- аналогично.

Скорость точки С  V_c, м/с [2]:

,

(6)

где рc – длина отрезка на плане в 1 – ом положении кривошипа, мм

.

Скорость центра тяжести шатуна V_S2 , м/с:

,

(7)

где - длина отрезка на плане в 1 – м положении кривошипа, мм

.

Угловая скорость шатуна [2]:

,

(8)

где  - длина отрезка на плане  в 1 – м положении кривошипа