Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по ТММ - файл mechanizm_mash.doc


Лекции по ТММ
скачать (800.2 kb.)

Доступные файлы (1):

mechanizm_mash.doc9365kb.01.01.2001 21:44скачать

содержание
Загрузка...

mechanizm_mash.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лекция 1.


Основные понятия и определения.

Теория механизмов и машин занимается исследованием и разработкой высокопроизводительных механизмов и машин.

Механизм – совокупность подвижных материальных тел, одно из которых закреплено, а все остальные совершают вполне определенные движения, относительно неподвижного материального тела.

Звенья – материальные тела, из которых состоит механизм.

Стойка– неподвижное звено.

Стойка изображается ; конфигурация стойки в курсе ТММ не изучается. Звено, к которому изначально сообщается движение, называется входным (начальным, ведущим). Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм – выходное звено.




Кривошипно-

ползунный

механизм


Рис.1

Если это компрессор, то зв.1 – входное, а зв.3 – выходное.

Если это механизм ДВС, то зв.3 – входное, а зв.1 – выходное.

^ Кинематическая пара – подвижное соединение звеньев, допускающее их относительное движение. Все кинематические пары на схеме обозначают буквами латинского алфавита, например A, B, C и т.д.

Если , то К.П. – вращательная ; если , то поступательная.

Порядок нумерации звеньев:

входное звено – 1;

стойка – последний номер.

Звенья бывают:

  • простые – состоят из одной детали;

  • сложные – состоят из нескольких, жестко скрепленных друг с другом и совершающих одно и тоже движение.

Например, шатунная группа механизма ДВС.

Звенья, соединяясь друг с другом, образуют кинематические цепи, которые разделяют на:

  • простые и сложные;

  • з
    амкнутые и разомкнутые;

Пример замкнутой кинематической

цепи на рис.1;

пример разомкнутой цепи:


Машина – техническое устройство, в результате осуществления технологического процесса определенного рода, можно автоматизировать или механизировать труд человека.

Машины условно можно разделить на виды:

  • энергетические;

  • технологические;

  • транспортные;

  • информационные.

Энергетические машины разделяют на:

  • двигатели;

  • трансформирующие машины.

Двигатель – техническое устройство, преобразующее один вид энергии в другой. Например, ДВС.

^ Трансформаторная машина – техническое устройство, потребляющее энергию извне и совершающее полезную работу. Например, насосы, станки, прессы.

Техническое объединение двигателя и технологической (рабочей машины) – ^ Машинный агрегат (МА).




Внешняя Технологический среда процесс






Двигатель имеет определенную механическую характеристику, рабочая машина тоже. Механические характеристики указаны в техпаспорте.

1 – скорость, с которой вращается вал двигателя;

2 – скорость, с которой будет вращаться главный вал рабочей машины.

1 и 2 нужно поставить в соответствие друг другу.

Например, число оборотов n1 =7000 об/мин., а n2=70 об/мин.

Чтобы привести в соответствие механические характеристики двигателя и рабочей машины, между ними устанавливают передаточный механизм, который имеет свои механические характеристики.

up2=1/2=700/70=10


В качестве передаточного механизма могут быть использованы:

  • фрикционные передачи (с использованием трения);

  • цепные передачи (привод мотоцикла);

  • зубчатые передачи.

В качестве рабочей машины наиболее часто используют рычажные механизмы.

Основные виды рычажных механизмов.

1. Кривошипно-ползунный механизм.

а) центральный (рис.1);

б) внеосный (дезоксиальный) (рис.2);




е - эксцентриситет


Рис. 2

1-кривошип, т.к. звено совершает полный оборот вокруг своей оси;

2-шатун, не связан со стойкой, совершает плоское движение;

3-ползун (поршень), совершает поступательное движение;

4-стойка.

^ 2
. Четырехшарнирный механизм.


Звенья 1,3 могут быть кривошипами.

Если зв.1,3 – кривошипы, то механизм двукривошипный.

Если зв.1 – кривошип (совершает полный оборот), а зв.3 – коромысло (совершает неполный оборот), то механизм кривошипно-коромысловый.

Если зв.1,3 – коромысла, то механизм двукоромысловый.

^ 3. Кулисный механизм.





1 - кривошип;

2 - камень кулисы (втулка) вместе с зв.1 совершает полный оборот вокруг А (1 и 2 одно и тоже), а также движется вдоль зв.3, приводя его во вращение;

3 - коромысло (кулиса).





н
а зв.3 выбирают точку В3 и выбирают в данный момент так, чтобы она совпадала с точкой В.


4.Гидроцилиндр

(в кинематическом отношении подобен кулисному механизму).





В процессе проектирования конструктор решает две задачи:

  • анализа (исследует готовый механизм);

  • синтеза (проектируется новый механизм по требуемым параметрам);


Лекция 2.


Глава 1. Анализ рычажных механизмов.


В данной главе будут рассмотрены вопросы:

1. структурный анализ механизма (изучение строения механизма);

2. изучение классов и видов кинематических пар.

3. определение числа степеней свободы механизма и определение наличия или отсутствия избыточных связей; в случае наличия – дать рекомендации по способу их устранения;

4. кинематический анализ механизма.


§1.1


Примечание:

Кинематическая пара существует, если не происходит деформации звеньев, образующих эту пару, и не должно происходить отрыва звеньев одно от другого, образующих кинематическую пару.

Примечание:

Ограничения, накладываемые на независимые движения звеньев, образующих кинематическую пару, называются – условия связи S.


Число степеней свободы механизма

W=S+H,

где Н – подвижность.

Любое незакрепленное тело в пространстве имеет 6 степеней свободы, на плоскости – 3.

Классификация кинематических пар проводят либо числу связей, либо по числу подвижностей:

Число связей Класс КП Число подвижностей

S=1 PI H=5

S=2 PII H=4

S=3 PIII H=3

S=4 PIV H=2

S=5 PV H=1

Существует 5 классов кинематических пар.

Примеры различных КП смотри рис. 4-95.

Кинематические пары по характеру контакта звеньев, образующих КП, разделяют на:

  1. низшие:

  • вращательные;

  • поступательные;

  1. высшие.

Контакт звеньев в низшей КП осуществляется по поверхности. Контакт звеньев в высшей КП – либо по линии, либо в точке.


§1.2 Определение числа степеней свободы рычажных механизмов.


1.2.1 Плоские механизмы.


В плоском механизме все звенья движутся в одной плоскости, все оси параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости механизма.

^ ФОРМУЛА ЧЕБЫШЕВА : Wпп=3n -2pн -pв,

Где n – число подвижных звеньев механизма, рн – число низших КП, рв – число высших КП.



n=3

pн=4

рв=0

W=3.3-2.2=1


Рис.1.2.1

1.2.2 Пространственные механизмы.


В пространственном механизме оси непараллельны, звенья могут двигаться в разных плоскостях.

Wпр= 6n - (S1+ S2+ S3+ S4+ S5)

Допустим, что механизм, изображенный на рис.1.2.1 – пространственный и все кинематические пары 5-го класса, т.е. одноподвижны AV,BV,CV,DV, тогда

Wпр= 6n - (5pV+4pIV+3pIII+2pII+pI)

Wпр= 6.3 - 5.4 = -2  статически неопределимая ферма.

Для получения Wдейств=0, необходимо добавить 3 движения.

q= Wдейств - Wпр = 1 - (-2) = 3,

где q – избыточные связи.

Для того чтобы их устранить, надо изменить класс некоторых кинематических пар, при этом нельзя изменять класс КП А. Поэтому, сделаем КП В – сферическим шарниром, т.е. 3-го класса (добавим 2 подвижности), а КП С – 4-го класса (добавим 1 подвижность). Тогда

Wпр= 6.3 - ( 5.2 + 4.1 + 3.1 ) = 18 - 17 = 1

n

^ ФОРМУЛА СОМОВА-МАЛЫШЕВА: Wпр= 6.n - ΣSi + q

i=1

§1.3 Кинематический анализ рычажных механизмов.


1.3.1 Основные понятия и определения.


Зависимость линейных координат в какой-либо точке механизма от обобщенной координаты – линейная функция положения данной точки в проекциях на соответствующие оси координат.

Хс= f(1)

Зависимость угловой координаты какого-либо звена механизма от обобщенной координаты – угловая функция положения данного звена.

2= f(1)

Первая производная линейной функции положения точки по обобщенной координате – линейная передаточная функция данной точки в проекциях на соответствующие оси координат (иногда называют «аналог линейной скорости…»)












полная скорость т. С будет

Первая производная угловой функции положения звена по обобщенной координате – передаточное отношение.



Вторая производная линейной функции положения по обобщенной координате – аналог линейного ускорения точки в проекциях на соответствующие оси.




Вторая производная угловой функции положения звена по обобщенной координате – аналог углового ускорения звена.


      1. ^ Аналитический способ определения кинематических параметров рычажных механизмов.

Дано: 1, lAB, lBS2, lBC, lAC

Определить: vi, ai, 2, 2.

Для исследования плоских рычажных механизмов для решения данной задачи целесообразно использовать метод проецирования векторного контура на оси координат.

Для определения функции положения точки С представим длины звеньев в виде векторов.

Условие замкнутости данного контура:

(1)

(2)

(3)

рис.1.3.2 из (3) следует, что

(4)

Лекция 3.


Продифференцируем (3) по обобщенной координате:

(5)

Продифференцируем (2) по обобщенной координате:



Если необходимо определить функции положения центра масс, то вы делим векторный контур ABS2


Условие замкнутости данного векторного контура имеет вид:

(6)

(7)

Продифференцируем (7) по обобщенной координате и получим аналоги линейных скоростей точек S2 в проекциях на оси х и у:

(9)


Глава 2. Анализ машинного агрегата.


В данной главе будут рассмотрены следующие вопросы:

1. Силы и моменты, действующие в машинном агрегате.

  1. Переход от расчетных схем машинных агрегатов к динамическим моделям.

  2. Расчет усилий в кинематических парах основного механизма рабочей машины.

  3. Определение законов движения главного вала (входного звена) рабочей машины под действием приложенных сил и моментов при различных режимах работы машинного агрегата.


§2.1 Силы и моменты, действующие в машинном агрегате.


2.1.1 Движущиеся силы и моменты Fд и Мд.


Р
абота движущих сил и моментов за цикл положительна: Ад>0.


Цикл – промежуток времени, по истечению которого все кинематические параметры принимают первоначальное значение, а технологический процесс, происходящий в рабочей машине, начинает повторяться вновь.


2.1.2 Силы и моменты сопротивления (Fс,Mс).

Работа сил и моментов сопротивления за цикл отрицательна: Аc<0.

2.1.3 Силы тяжести (Gi).

Работа силы тяжести за цикл равна нулю: АGi=0.

2.1.4 Расчетные силы и моменты (ФSi,MФi).

ФSi,MФi – Главные векторы сил инерции и главные моменты от сил инерции.

2.1.5 Реакции в кинематических парах (Qij).


§2.2 Понятие о механических характеристиках.





Механическая характеристика 3-х фазного асинхронного двигателя.





Индикаторная диаграмма ДВС





H – ход поршня в поршневой машине

(расстояние между крайними

положениями поршня)





Индикаторная диаграмма насоса


Как правило, из паспорта известен диаметр поршня, по нему можно определить площадь Sп= .d2/4, тогда сила: F=p.Sп

^ Правило знаков сил и моментов:

  • Сила считается положительной, если она по направлению совпадает с направлением движения того звена, к которому эта сила приложена.

  • Момент считается положительным, если его направление совпадает с направлением угловой скорости вращения данного звена.

Имея механическую характеристику поршневой машины и учитывая правило знаков, то можно перестроить в график сил (см. лабораторную работу №4).

^ Основной вывод:

В течение всего цикла работы поршневой машины сила, приложенная к поршню, будет изменяться как по величине, так и по направлению, это в свою очередь приводит к колебаниям угловой скорости главного вала рабочей машины.


§2.3 Понятие о расчетной схеме машинного агрегата и переход от нее к динамической модели.


На расчетной схеме машинного агрегата отмечают основные силовые факторы, действующие в машинном агрегате; основные массы звеньев, влияющих на закон движения машинного агрегата; и основные жесткости валов. На рис.5-92 показан переход от реальной схемы к расчетной схеме (а) и от нее к динамической модели.

Из множества масс выделены 3 основные, оказывающие самое большое внимание на закон движения.

Расчетная схема (б) – 3-х массовая динамическая модель.

Для описания закона движения 3-х массовой динамической модели необходимо 3 дифференциальных уравнения.

Если положить жесткость с1 , то можно перейти к двумассовой модели (необходимо 2 диф. уравнения).

Если положить жесткость с2 , то получим одномассовую динамическую модель (рис. 2.3).



Рис. 2.3

Можно иметь 2 вида одномассовых динамических моделей:

  1. Если звено приведения совершает вращательное движение, то одномассовая модель имеет вид




закон движения должен быть один,

поэтому м = 1 , м = 1


Уравнение движения можно записать одним уравнением, в виде изменения кинетической энергии:





  1. Если звено приведения совершает поступательное движение, то одномассовая модель имеет вид:



Этот вид рассматривать не будем.


§2.4 Приведение сил и масс к одномассовой динамической модели.

1 – обобщенная координата.

Нужно определить закон движения 1-го

звена данного механизма.

Дано: 1, 1, lAB, lBC, lBS2, G2, G3, F3, IS1, IS2.

Определить, как изменяется 1.


П
ри переходе от расчетной схеме к одномассовой механической модели за звено приведения, как правило, принимают то звено, закон движения которого определяют.

Звено приведения – зв.1; изобразим одномассовую модель:

^ 2.4.1 Приведение масс.


При переходе от расчетной схемы к модели необходимо обеспечить равенство кинетической энергии звена приведенной модели и реального механизма:

ТМод = ТМех .

Кинетическая энергия модели должна быть равна кинетической энергии сего механизма.

Тмод = Тпост + Твращ



кинетическая кинетическая кинетическая

энергия модели энергия поступ. энергия вращат.

движущ.звеньев движущ.звеньев

В нашем случае:



м = 1




Лекция 4.





Приведение масс основано на равенстве кинетических энергий реальных звеньев и звена приведения одномассовой модели.

Если требуется определить какую-либо составляющую , например , то записывают равенство:







2.4.2 Приведение сил.


АΣработа суммарного приведенного момента на его возможное перемещение.

Т – Тнач = АΣ

(1)

Приведение сил основано на равенстве секундных работ (мощностей) реальных сил и моментов, приложенных к звеньям механизма, на их возможных перемещениях и суммарного приведенного момента, приложенного к звену приведения, на его возможное перемещение.










передат передаточ

функция отношение




Вместо силы – момент .

Если необходимо определить какую-либо составляющую суммарного приведенного момента, например , то необходимо записать равенство:




§2.5 Вывод формулы для определения закона движения звена приведения в форме кинетической энергии (определение ωм).


из выражения (1) получаем, что м равна




2.5.1 Определение АΣ(графический метод).


Для определения АΣ необходимо построить график .

определяется по вышеприведенным зависимостям.

График АΣ строится методом графического интегрирования

Суть метода: на продолжении оси абсцисс слева выбирается произвольный отрезок интегрирования ОК, чем он длиннее, тем более пологим будет график АΣ . Затем площадь под кривой М(φ1) на каждой итерации заменяется площадью равновеликого прямоугольника.







2.5.2 Определение закона движения звена приведения в дифференциальной форме (определение звена приведения).


Чтобы избавиться от интеграла в (1), продифференцируем (1) по обобщенной координате φм, получим




(3)


2.5.3 Определение графическим методом .

Строим график .







const var




В соответствии с определением производной проведем касательную к кривой в точке i и определим тангенс угла наклона этой касательной. Для этого проведем нормаль через точку i. Тогда




2.5.4 Определение модели по известному графику м=f(φ1).







§2.6 Режимы работы машинного агрегата.




а) разгон б) торможение (выбег)


в

) безударный останов г)



рис. 2.6

а),б),в) – неустановившийся режим;

г) – установившийся режим.


2.6.1 Определение законов движения звена приведения одномассовой динамической модели при неустановившемся режиме работы машинного агрегата.


Угловая скорость определяется по (2).

Угловое ускорение определяется по (3).

Время режима определяется по формуле:




2.6.2 Определение законов движения для установившегося режима работы .







Отклонения угловой скорости от среднего уровня характеризуется коэффициентом неравномерности 



Коэффициент  определяется экспериментально и для различных машин имеет значения:

машины ударного действия (прессы, молоты)

полиграфические машины (насосы)

электрогенераторы переменного тока

электрогенераторы постоянного тока


ЛЕКЦИЯ 5.


Для определения угловой скорости

,

где




const var


Для того чтобы удерживать колебания угловой скорости м в заданных пределах, определяемых коэффициентом неравномерности , первая группа звеньев должна иметь


2.6.3 Вывод формулы для определения .


Изменение м от м_max до м_min приводит к изменению кинетической энергии первой группы звеньев (ΔТI), которое равно:







(2)

При установившемся режиме работы при определении м формулу (1) напрямую использовать нельзя, т.к. неизвестно Тнач, поэтому задачу решают, используя метод Мерцалова (см. учебник).


  1   2   3   4



Скачать файл (800.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru