Курсовая работа: Структурный, кинематический и силовой анализ механизма. Синтез зубчатой передачи

Курсовая работа: Структурный, кинематический и силовой анализ механизма. Синтез зубчатой передачи

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС)

СТРУКТУРНЫЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

СИНТЕЗ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Курсовая работа по дисциплине

«Теория механизмов и машин»

Курсовой проект содержит 32 страниц, 1 таблицы, 5 источников, 2 листа графического материала.

Механизм, подвижность, группа Ассура, скорость, ускорение, сила инерции, план, зубчатое колесо, модуль, эвольвента, скольжение, диаграмма.

Объектом проектирования является плоский рычажный четырехзвенный механизм и передача, состоящая из двух зубчатых колес.

Цель работы – закрепление теоретических знаний в области определения структуры механизма, кинематического и силового анализа, определение параметров и качественных показателей нулевого зубчатого зацепления.

Выполненные расчеты позволили определить скорости, ускорения, силы инерции звеньев механизма, построить планы сил для определения давлений в кинематических парах. Выполнить чертеж зубчатого зацепления.

Полученные результаты могут быть использованы при создании подобных рычажных механизмов в машинах и агрегатах.

Содержание

Введение

1. Структурный анализ механизма

1.1 Определение степени подвижности плоского механизма

1.2 Определение класса механизма

2. Кинематическое исследование плоского механизма

2.1 Основные задачи и методы кинематического исследования механизма

2.2 Построение планов положений механизма

2.3 Определение скоростей точек механизма методом планов скоростей

2.4 Определение ускорений точек механизма методом планов ускорений

3. Силовое исследование механизма

3.1 Определение реакций в кинематических парах структурных групп

4. Геометрический синтез прямозубого внешнего зацепления

4.1 Определение размеров качественных характеристик и вычерчивание нулевого зацепления

4.2 Построение активной части линий зацепления, рабочих участков профилей зубьев и дуг зацепления

4.3 Определение качественных показателей зацепления

Заключение

Список использованных источников

Введение

Основной целью выполнения курсового проекта является изучение общих методов исследования и проектирования механизмов; применение знаний из ранее изученных дисциплин для конструирования, изготовления и эксплуатации машин и любой отрасли промышленности и транспорта.

Задачей данной работы является проведение структурного, кинематического и силового анализа механизма, построение диаграмм и выполнение чертежа зубчатого зацепления.

При выполнении графической части проекта использованы результаты проведенных расчетов.

Постановленные задачи решались с учетом действующих стандартов предприятия СТП ОмГУПС – 1.1 – 02 ОмГУПС – 1.2 – 02 и рекомендация, учитывающих опыт создания подобных устройств.

1. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

1.1 Определение степени подвижности плоского механизма

Степень подвижности плоских механизмов определяется по формуле
П. Л. Чебышева:

W = 3n – 2P5 – P4 (1.1)

где:   W – степень подвижности механизма;

n – число подвижных звеньев механизма;

P5 – число кинематических пар пятого класса;

P4 – число кинематических пар четвертого класса.

Степень подвижности механизма определяет число ведущих его звеньев, т. е. количество звеньев, которым необходимо задать движение, чтобы все остальные звенья двигались по вполне определенным законам.

1.2 Определение класса механизма

Класс механизма в целом определяется классом самой сложной его структурной группы.

Механизм раскладывается на структурные группы, начиная с самого удаленного от ведущего звена. При этом всякий раз проверяется степень подвижности оставшегося механизма.

Механизм имеет пять подвижных звеньев, соединенных между собой семью кинематическими парами.

Определяем степень подвижности механизма по формуле:

W = 3n – 2P5 – P4, (1.2)

где    n = 5; P5 = 7; P4 = 0,

тогда

W = 3×5 – 2×7 = 1.

Это значит, что в данном механизме должно быть одно ведущее звено. В качестве ведущего звена принимаем звено 1 – кривошип. Далее раскладываем механизм на структурные группы и, прежде всего, отсоединяем самую удаленную от ведущего звена группу Ассура, состоящую из звеньев 4 и 5 и двух вращательных кинематических пар – IV, VI и одной поступательной VII. Степень подвижности этой группы после присоединения к стойке равна нулю:

W = 3×2 – 2×3 = 0.

Группа звеньев 4 и 5 (CD) является группой II класса.

Затем отсоединяем группу, состоящую из звеньев 2, 3 и трех кинематических пар – вращательных – II, III, V.

Степень подвижности этой группы после присоединения к стойке, как и в предыдущем случае, равна нулю.

Группа звеньев 2 и 3 (ABO2) является группой II класса.

После отсоединения указанных групп остался исходный механизм, состоящий из кривошипа I (O1A), присоединенного к стойке вращательной парой I, и имеющий степень подвижности:

W = 3×1 – 2×1 = 1.

Весь механизм является механизмом II класса. Структурная форма для данного механизма составляется в порядке образования механизма (ведущее звено и все группы Ассура по порядку):

[1] – [3; 2] – [5; 4] .

2. КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ

2.1 Основные задачи и методы кинематического исследования механизмов

Кинематическое исследование состоит в изучении движения отдельных точек (звеньев) механизма независимо от сил, вызывающих это движение. Основной задачей кинематического исследования является определение:

1.  положения всех звеньев при любом мгновенном положении
ведущего звена;

2.  траектории движения точек звеньев;

3.  линейных скоростей и ускорений точек звеньев;

4.  угловых скоростей и ускорений точек звеньев.

Существует три основных метода кинематического исследования механизмов:

графиков (наименее точный и наименее трудоемкий);

планов (более точный и более трудоемкий);

аналитический (самый точный и самый трудоемкий).

Графический метод, основанный на построении графиков законов движений с применением графического дифференцирования, обладает простотой и наглядностью, но имеет недостаточную точность, поэтому в инженерных расчетах применяют графоаналитический метод. Он дает удовлетворительную точность, но требует аккуратного выполнения графических работ и соблюдения масштаба.

Под масштабом подразумевается отношение действительной величины, выраженной в соответствующих единицах, к длине отрезка, изображающего эту величину, выраженной в миллиметрах. При построении кинематических схем и планов положений механизмов определяется масштаб длины, показывающий число метров натуральной величины, соответствующей одному миллиметру чертежа, м/мм:

, (2.1)

где    – действительная длина кривошипа, м;

О1А – длина отрезка, изображающего кривошип на чертеже, мм.

При построении планов скоростей и ускорений на чертеже приходится откладывать значения скорости и ускорения в некотором масштабе. Вектор вычисленной скорости точки , м/с, на плане скоростей изображен в виде отрезка  произвольной длины, мм, поделив значение скорости  на длину этого отрезка, найдем масштаб плана скоростей, м/с × мм-1:

. (2.2)

Аналогично найдем масштаб плана ускорений, м/с × мм-1:

 (2.3)

где:   аА – вычисленное значение ускорения точки А, м/с2;

 – масштабное значение ускорения точки А, мм.

Истинные значения скорости и ускорения любой точки механизма получают из их масштабных значений путем умножения последних на соответствующий масштаб.

2.2 Построение планов положений механизмов

Планом положения механизма называется чертеж, изображающий расположение его звеньев в какой-то определенный момент движения. Отсюда следует, что план положения представляет собой кинематическую схему механизма, вычерченную для заданного положения механизма.

Планы положений механизмов, включающих в себя двухповодковые группы, строятся методом засечек.

Построить план положения механизма для заданного угла поворота ц1 ведущего звена при OA = 0,120 м; AB = 0,580 м;
 OB = 0,660 м;  OC = 0,330 м; CD = 0,600 м; а = 0,350 м; b = 0,430 м;
с = 0,170; б = 210°.

Для построения плана принимаем, что длину кривошипа OA на схеме будет изображать отрезок О1А, длина которого равна 120 мм,
 тогда масштаб плана   м/мм. Затем вычисляем значения длины других отрезков, изображающих звенья механизма, которые будем откладывать на чертеже, мм:

 ;  ;

    (2.4)

    

Построение плана начинаем с нанесения элементов неподвижного звена (точек опор О1 и О2 и линии хода ползуна y – y). Под углом б =210° к линии x – x из точки О1 проводим ось ведущего звена и от точки О1 откладываем на ней отрезок О1А, равный длине кривошипа.

Затем определяем положение точки В. Для этого из точки А радиусом АВ и точки О2 радиусом ВО2 делаем засечки. На продолжении звена АВ находим положение точки С. Для того чтобы найти положение точки D, проводим дугу из точки С – радиусом CD. Точка пересечения с линией хода ползуна будет точкой D.

Частота вращения кривошипа О1А n1 = 165 об/мин.

Угловая скорость кривошипа О1А, с-1,

 .

2.3 Определение скоростей точек механизма методом планов скоростей

Зная закон движения ведущего звена и длину каждого звена механизма, можно определить скорости его точек по значению и направлению в любом положении механизма путем построения плана скоростей для этого положения. Значения скоростей отдельных точек механизма необходимы при определении производительности и мощности машины, потерь на трение, кинематической энергии механизма; при расчете на прочность и решении других динамических задач.

Построение планов скоростей и чтение их упрощаются при использовании свойств этих планов:

1) векторы, проходящие через полюс PV, выражают абсолютные скорости точек механизма. Они всегда направлены от полюса. В конце каждого вектора принято ставить малую букву a, b, c, ... или другую. Точки плана скоростей, соответствующие неподвижным точкам механизма, находятся в полюсе РV (О1, О2);

2) векторы, соединяющие концы векторов абсолютных скоростей, не проходящие через полюс, изображают относительные скорости. Направлены они всегда к той букве, которая стоит первой в обозначении скорости.

3) каждое подвижное звено механизма изображается на плане скоростей соответствующим одноименным, подобным и сходственно расположенным контуром, повернутым относительно схемы механизма на 90° в сторону мгновенного вращения данного звена. Это свойство плана называется свойством подобия и позволяет легко находить скорость точек механизма.

Находим скорость точки А кривошипа О1А по формуле, м/с:

VA = w1OA; VA = 17,27 × 0,120 = 2.0724 (2.8)

Вектор  направлен перпендикулярно к оси звена О1А в сторону его вращения. Задаемся длиной отрезка РVа (произвольно), который на плане будет изображать скорость  точки А;  . Тогда масштаб плана скоростей, м/с × мм-1,

 . (2.9)

Из произвольной точки PV, в которой помещены и точки опор О1, О2, откладываем перпендикулярно к звену О1А отрезок РVа = 70 мм.

 Для дальнейшего построения плана скоростей и определения скорости точки В составляем уравнение:

;(2.10)

где     - скорость точки А, известна по значению и направлению;

 – относительная скорость точки В во вращении вокруг точки А.

 - скорость точки О2 (равна нулю);

 - относительная скорость точки В во вращении вокруг точки О2

Относительные скорости  и  известна по линии действия:  перпендикулярна к звену АВ, проводится на плане из точки а (конец вектора );  перпендикулярна к звену ВО2, проводится на плане из точки О2 (в полюсе Рv). На пересечении этих двух линий действия получим точку b конец вектора скорости  точки В:

·  м/с. (2.11)

Вектор ab изображает скорость  точки В в относительном вращении вокруг точки А:

·  м/с. (2.12)

Вектор О2В изображает скорость  точки В в относительном вращении вокруг точки О2:

=·  м/с. (2.13)

Положение точки С находим на плане скоростей по свойству подобия (из пропорции), мм:

 (2.14)

Подставив значения длины звеньев на схеме и длины соответствующих отрезков на плане, определяем место точки С на плане скоростей. Соединив ее с полюсом, определяем значение скорости точки С, м/с:

 . (2.15)

Для определения скорости точки D воспользуемся векторными равенствами:

 (2.16)

где:   – скорость точки С, известна по значению и направлению;

 – относительная скорость точки D во вращении вокруг точки С;

Относительная скорость  известна по линии действия: перпендикулярна к звену DC, проводится на плане из точки С (конец вектора ). Скорость точки D относительно стойки направлена по линии хода ползуна, проводится на плане из полюса PV параллельно ходу ползуна до пересечения с вектором относительной скорости . Точка пересечения будет точкой d. определяющей конец вектора скорости :

VD =  · ; VD = 78 × 0,013 = 1,014 м/с. (2.17)

Вектор  изображает скорость VDC точки D в относительном вращении вокруг точки С:

VDC =  · ; VDC = 0,2 × 0,013 = 0,0026 м/с. (2.18)

Исходя из теоремы подобия (третье свойство плана скоростей), находим на плане точки S1 – S5, соответствующие центрам тяжести звеньев. Соединив их с полюсом PV, определяем скорости центров тяжести звеньев механизма, м/с:

VS = PVS1 · kV; VS = 52·0,013=0,95

VS = PVS2 · kV; VS = 70,5 × 0,013 = 2,7;

VS = VD; VS = 1,014; (2.19)

VS = PVS4 · kV; VS = 78× 0,013 =1,014

VS = PvS3·kv; VS = 78·0,013=1,014

Пользуясь планом скоростей, определяем угловые скорости звеньев
2, 3, 4, с-1:

 ;

 ; (2.20)

 ;

Угловая скорость ползуна w5 = 0, так как он движется поступательно по неподвижной направляющей.

Для выяснения направления угловой скорости звена АВ вектор скорости , направленной к точке b плана, мысленно переносим в точку В звена 2 и определяем, что он стремится повернуть это звено вокруг точки А против часовой стрелке. По аналогии определяем направления угловых скоростей звеньев w4 (против часовой стрелки) и w3 (против часовой стрелки).

2.6 Определение ускорений точек механизма методом планов ускорений

При помощи планов ускорений можно найти ускорения любых точек механизма. Для построения планов ускорений по аналогии с планами скоростей следует пользоваться их свойствами. Свойства такие же, как и у планов скоростей, кроме третьего, где фигура, подобная одноименной жесткой фигуре на плане положений механизма, повернута на угол (180° – j¢) в сторону мгновенного ускорения e данного звена,

где . (2.21)

Страницы: 1, 2, 3