Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Детали машин и основы конструирования - файл Лекция 3.doc


Загрузка...
Лекции - Детали машин и основы конструирования
скачать (1015.7 kb.)

Доступные файлы (25):

Лекция 10.doc151kb.01.10.2008 18:07скачать
Лекция 11.doc126kb.08.02.2008 16:35скачать
Лекция 12.doc126kb.04.02.2008 16:04скачать
Лекция 13.doc57kb.08.02.2008 16:37скачать
Лекция 14.doc117kb.08.02.2008 16:38скачать
Лекция 15.doc149kb.08.02.2008 16:40скачать
Лекция 16.doc167kb.08.02.2008 16:40скачать
Лекция 17.doc170kb.08.02.2008 16:41скачать
Лекция 18_19.doc267kb.17.11.2007 14:12скачать
Лекция 18.doc125kb.08.02.2008 16:42скачать
Лекция 19.doc210kb.08.02.2008 15:30скачать
Лекция 1.doc118kb.03.09.2009 16:49скачать
Лекция 20.doc75kb.08.02.2008 16:44скачать
Лекция 21.doc147kb.08.02.2008 16:46скачать
Лекция 22.doc134kb.08.02.2008 16:48скачать
Лекция 23.doc110kb.08.02.2008 16:49скачать
Лекция 2-5.doc116kb.04.09.2009 17:13скачать
Лекция 2.doc127kb.29.08.2007 13:00скачать
Лекция 3.doc229kb.10.09.2008 17:07скачать
Лекция 4.doc100kb.04.02.2008 15:04скачать
Лекция 5.doc105kb.03.09.2009 17:05скачать
Лекция 6.doc126kb.08.02.2008 16:21скачать
ЛЕКЦИЯ 7.doc138kb.17.09.2009 13:29скачать
Лекция 8.doc137kb.08.02.2008 16:25скачать
Лекция 9.doc159kb.08.02.2008 16:26скачать

Лекция 3.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лекция 3
3. СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА

3.1. Основные понятия теории механизмов и машин



Машина. Современное производство немыслимо без всевозможных высокоэффективных машин для преобразования энергии и движения, накопления и переработки информации. Благодаря их применению облегчается физический и умственный труд человека, повышается производительность труда.

Машина – устройство, выполняющее механические движения, для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

По назначению машины условно подразделяются на 3 группы.

1.Энергетические машины, в которых какой либо вид энергии преобразуется в механическую энергию или наоборот. К этой группе относятся как машины-двигатели (двигатели внутреннего сгорания транспортных средств, электродвигатели и т. п.) так и машины - преобразователи (компрессоры, электрические генераторы и т. п.).

2.Технологические или рабочие машины, предназначенные для выполнения производственных процессов по изменению формы, свойств и положения объектов труда (металлорежущие станки, литьевые машины, автомобили и т.п.).

3.Информационные машины, в которых происходит преобразование вводимой информации для контроля, регулирования и управления технологическими процессами (вычислительные и др. машины).

Машина, в которой преобразование энергии, материалов или информации происходит баз непосредственного участия человека, называют машиной-автоматом. Совокупность таких машин, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, образуют автоматическую технологическую линию.

Механизм - часть машины, в котором рабочий процесс реализуется путем выполнения определенных механических движений. ^ Механизмом называют совокупную систему взаимосвязанных тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Механизм осуществляет: передачу энергии, как правило, с преобразованием сил и характеристик закона движения от источника к одному или нескольким рабочим органам машины, преобразование или регулирование механического движения.

1

Если в преобразовании движения участвуют как твердые, так и жидкие или газообразные тела, то механизм называют гидравлическим или пневматическим.

Однотипные механизмы используются в разнообразных по назначению машинах. Например, кривошипно-ползунный механизм используется в двигателе внутреннего сгорания и компрессорах.

Звено. ^ Твердое тело, входящее в состав механизма, называют звеном. Звенья могут состоять из одной или нескольких жестко соединенных между собой деталей.

Звенья, обладающие относительной подвижностью, называются подвижными. Неподвижное звено механизма называют стойкой или направляющей.

Звено, которому сообщается движение, преобразуемое в требуемое движение других тел, называют входным звеном. Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм, называют выходным звеном.

Остальные подвижные звенья называются промежуточными.
^ 3.2. Кинематические пары и кинематическая цепь
Формирование механизма из звеньев осуществляется с помощью кинематических пар. Кинематическую пару образуют два взаимно подвижных и контактирующих звена.

Если рассматривать звено, свободно движущееся в пространстве (рис. 3.1), то оно обладает шестью степенями свободы, из них три поступательных относительно осей координат XYZ (ППП) и три вращательных относительно этих же осей (ВВВ).


z






y



x

Рис. 3.1. Схема свободного движения звена относительно осей координат
Любая кинематическая пара, ограничивая движения звеньев, исключает из 6-и возможных те или иные движения.

^ Ограничения, налагаемые на движения звеньев, называют связями. В зависимости от числа связей кинематические пары разделяют на 5 классов по классификации Артоболевского. Класс пары определяется

2

количеством отобранных свобод. В табл. 1.1 приведены кинематические пары всех 5-и классов.
Таблица 1.1 - Классификация кинематических пар

Класс

пары

Число


связей, s

Число степеней свободы, w

^

Кинематическая пара и ее условное

обозначение





1


1


5

Шар-плоскость 1


1
2 2




2


2


4

Цилиндр-плоскость 1

1
2 2




3


3


3

Плоскостная 1

1
2 2




4


4


2

Цилиндрическая 1

1
2 2




Поступательная

1

2

2

1

Вращательная

2

1

1

2



5


5


1




Пары называют низшими, если контакт двух звеньев осуществляется по поверхности, и высшими, когда соприкосновение двух звеньев происходит по линии или в точке.

3

^ Система звеньев, соединенных с помощью кинематических пар, называется кинематической цепью.

В зависимости от строения различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. В замкнутой кинематической цепи (рис. 3.2, а) каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары. В незамкнутой кинематической цепи (рис. 3.2, б) имеются звенья, входящие в одну кинематическую пару.

Механизм - это кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или несколько звеньев относительно любого из них все остальные звенья движутся определенным образом.












а) б)

Рис. 3.2. Простые кинематические цепи
Кинематические цепи классифицируют также по внешним признакам, условно подразделяя их на плоские и пространственные, на простые и сложные. Простыми называют кинематическую цепь, у которой каждое звено входит в соединение с другим звеном с помощью одной или двух кинематических пар. Если каждое звено входит в соединение более чем двумя парами, цепь называют сложной.

^ Закономерности, связывающие число степеней свободы W кинематической цепи механизма с числом звеньев и числом и видом его кинематических пар, называют структурными формулами.

Каждое подвижное звено, находясь в пространстве, имеет шесть степеней свободы. Если подвижных звеньев будет n, то общее число степеней свободы станет 6n. Соединение звеньев в кинематические пары накладывают связи на относительное движение звеньев. Количество этих ограничений зависит от класса кинематической пары, т.е. числа связей. Если обозначить число пар каждого класса через РК, где индекс к - номер класса, то для получения степени подвижности кинематической цепи из 6n подвижных звеньев следует исключить число ограничений, наложенных на звенья кинематическими парами

. (3.1)

^ Равенство (3.1) является структурной формулой пространственной кинематической цепи общего вида (формула Сомова – Малышева).
4

Если кинематическая цепь плоская, когда все звенья движутся в одной плоскости, то зависимость (3.1) примет вид формулы Чебышева

. (3.2)
^ 4. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ

4.1. Структурный анализ и синтез механизма
При структурном анализе механизма выполняются:

- определение количества звеньев и кинематических пар, классификация кинематических пар, определение степени подвижности механизма,

  • разделения механизма на структурные группы,

- обеспечение заданных траекторий точек звеньев механизма.

Структурной группой Ассура называется кинематическая цепь, которая в случае ее присоединения внешними парами к стойке получает нулевую степень подвижности и которая не распадается на более простые подобные цепи (табл. 4.1). Для структурной группы Ассура с парами 5-го класса зависимость (4.1) примет вид

, откуда . (4.1)

Отсюда следует, что число звеньев в структурных группах должно быть четным, чтобы количество кинематических пар 5-го класса выражалось целым числом.
Таблица 4.1 - Классификация групп Ассура


Контур



Характеристика


Класс контура

Структурная группа Ассура





Класс группы - 2 3 4




Порядок группы - 2 3 2



5

Класс группы Ассура характеризуется количеством кинематических пар в замкнутом контуре, входящем в составе группы, а ее порядок определяется количеством внешних кинематических пар, которыми она присоединяется к основному механизму. Класс механизма соответствует наивысшему классу группы Ассура, входящей в этот механизм.

^ Для структурного анализа механизма используют простейшую расчетную модель механизма, описывающую принцип действия и основные особенности работы. Для этого механизм изображают с помощью условных обозначений звеньев и кинематических пар. На схеме (рис. 4.1, а) звенья обозначают цифрами, пары – буквами, неподвижное звено - штриховкой.

В соответствии со структурной формулой Чебышева степень подвижности для кривошипно-ползунного механизма составляет



При исследовании структуры механизма (рис. 4.1, б) рекомендуется:

- отсоединение структурных групп начинать со звеньев, наиболее удаленных от ведущих (В-2-С-3-С*);

- стремится к тому, чтобы отделять в первую очередь самые простые структурные группы – диады (В-2-С-3-С*);

- следить за тем, чтобы степень подвижности кинематической цепи механизма до и после отделения каждой структурной группы оставалась неизменной ;

  • помнить о том, что каждая кинематическая пара и каждое звено могут входить только в одну структурную группу.

1

2

3




n



е*

С

C




а

А

)




C*

4




В

R

L

4



1

2

3




n



е*

С

C




б

А

)

В




4




C*

4


Рисунок 4.1-Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма

6

Структурным синтезом механизма называют проектирование структурной схемы механизма. Наиболее удобным методом синтеза структурной схемы является метод присоединения структурных групп Ассура к ведущему звену механизма.

Синтез механизма ведется в обратной последовательности, т. е. к ведущему звену присоединяют группы Ассура.

^ 4.2. Кинематический анализ механизма
Кинематический анализ механизма проводят без учета сил, вызывающих его движение. Кинематический анализ в общем случае преду­сматривает решение трех основных задач:

- определение положения звеньев и построение траекторий отдельных точек;

- определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев;

- определение ускорений точек и угловых ускорений звеньев.

Эти задачи могут быть решены графическими или аналитическими методами. Аналитический метод позволяет установить в виде математического уравнения зависимость кинематических параметров от размеров звеньев. Для многих механизмов он характеризуется сложностью расчетных зависимостей и трудоемкостью вычислений, которые выполняют с применением вычислительной техники.

Графический метод, более простой, основан на непосредственном графическом построении планов построения механизма. Он позволяет наглядно представить движение его звеньев.

Графический метод усту­пают по точности аналитическому методу, однако, он наиболее нагляден и срав­нительно прост.

Кинематическое исследование механизма следует начинать со структурной группы, которая присоединяется к ведущему звену, положения, скорости и ускорения которого известны.

Чертежи последовательных звеньев механизма, планы скоро­стей и ускорений выполняют в выбранном масштабе.

Для построения положений механизма принимаем масштаб, который ра­ционально рассчитывать с учетом наибольшего звена - шатуна,

L = L / В0С0, (4.2)

где В0С0 отрезок, отображающий шатун (звено 2) на ки­нематиче­ской схеме.

Находим отрезки, отображающие кри­вошип и эксцентриситет на кинематической схеме.

АВ0 = R / L, е*= е / L. (4.3)

За начальное положение механизма принимают такое его положение, в котором скорость выходного звена равна нулю.

7

Из точки ^ А (рисунок 4.3) проводим горизонтальную осевую линию. Откладываем от осевой линии отрезок е* и проводим вторую горизонтальную ось, линию перемещения пол­зуна. Из этой же точки А радиусом АВ0 проводим круг - траекторию конечной точки ведущего звена кривошипно-ползунного механизма. Затем отрезком АС0 = АВ0 + В0С0 из точки А делаем засечку С0 на линии перемещения ползуна. В этом положении механизма скорость точки С0 будет равна нулю, при этом получено начальное положение механизма. Пересечение прямого отрезка АС0 с траекторией конечной точки ведущего звена обозначим буквой В0. Начиная с буквы В0, разделим траекторию движения ведущего звена на определенное количество равных участков, которые обозначим (В1, В2, …, В7). Из полученных точек В1, В2, …, В7 отрезком В0С0 делаем засечки (точки) на линии перемещения ползуна С1, С2, …, С7 расположения центров соединения ползуна с шатуном. Изо­бражаем ползун и стойку не в масштабе, получаем чертеж кинематиче­ской схемы кривошипно-ползунного механизма в заданных поло­жениях.

В6



В7




В5







В0

n

С3

В4




А

С2

С0


е*

С1







В3




С5

С4

С6

С7




В1




В2






Рис. 4.3. Планы положения механизма

^

В качестве примера проведем исследование скоростей и ускорений, в первом положении кривошипно-ползунного механизма.


Исследование скоростей точек механизма. Угловая скорость ведущего звена (кривошипа) и линейная скорость точки В1 составляют

и (4.4)

Векторное уравнение скорости точки С1, принадлежащей одновременно шатуну и ползуну, имеет следующий вид:

, (4.5)

8

где - является вектором переносной скорости точки С1, а - относительной скоростью точки С1, - переносная скорость точки В.

Вектор скорости точки В1 - известен как по величине (4.4), так и по направлению (перпендикулярен звену В1А и направлен в сторону вращения этого звена).

Вектор относительной скорости точки С1 - по величине не из­вестен, но известно его направление (перпендикулярно звену С1В1).

Подчеркнем в векторном уравнении (4.5) известные вектора по величине и направлению 2-мя линиями, по направлению - одной линией и решим это уравнение графически. Для этого построим план скоростей механизма, для чего примем масштаб построения

V = vВ /(PVb), (4.6)

где (РVb) - отрезок на плане скоростей, изображающий ско­рость точки В1.

Из полюса плана скоростей РV откладываем (рис. 4.4) отрезок PVb, отображающий скорость , пер­пендикулярно звену В1А по направлению его вращения. Из точки b проводим линию действия скорости перпендикулярно звену С1В1. Из полюса PV проводим линию действия скорости парал­лельно направляющим ползуна -. Точка с пересечения линий действия скоростей отсе­кает отрезки (PVс) и (bc). Величину ско­ростей vC и vCB находим с учетом масштаба по­строе­ния плана скоростей

vC = (PVс)V, vCB = (cb) V. (4.7)

Угловая скорость 2-го звена составляет

. (4.8)

с

Рv









b



Рис. 4.4. План скоростей точки С1 ползуна механизма
Исследование ускорений точек механизма. Ускорение точки В1 кривошипа при постоянной частоте его вращения равно нормальному, поскольку угловая скорость кривошипа является постоянной величиной.

9

Это ускорение направлено из точки В1 кривошипа к точке А и по величине составляет

. (4.9)

Векторное уравнение для определения ускорения точки С1 имеет вид

. (4.10)

Нормальное относительное ускорение кинематической пары С1, на­правленное от точки С1 к В1, вычисляют по зависимости

. (4.11)

Аналогично векторному уравнению скоростей подчеркнем известные по величине и направлению ускорения двумя чертами. Тангенциальное относительное ускорение и ускорение точки С1 известны только по направлениям, причем тангенциальное ускорение перпендикулярно звену С1В1, ускорение - параллельно направляющим ползуна -. Эти ускорения подчеркиваю одной чертой.

Поскольку в уравнении (4.10) имеется два неизвестных по величине ускорения, то решим это уравнение графически. Для этого построим план ускорений (рис. 4.5). Выберем масштаб плана ускорений

, (4.12)

где (Раb) - отрезок на плане ускорений, отображающий ус­корение точки В1 и направленный параллельно В1А1 из полюса плана ускорений Ра.
Отрезок на плане ускорений bn, отображающий нормальное относительное ускорение и направленное из точки b плана па­раллельно звену, вычисляют с учетом масштаба

(bn). (4.13)

Из полученной точки n плана ускорений проводится линия по направлению действия тангенциального относительного ускорения tCB перпендикулярно к звену С1В1, а из полюса Ра плана ускорения - по направлению действия ускорения С вдоль направляющей -. Точка пересечения с отсекает отрезки Рас и nc, отображающие ус­корения С и , величину которых рассчитывают с учетом мас­штаба.

, (4.14)

Поскольку тангенциальное ускорение 1-го звена равно нулю, то и угловое ускорение также равно нулю.

Угловое ускорение 2-го звена равно

. (4.15)
10

b



n





Ра




c




Рис. 4.5 - План ускорений точки С1 ползуна механизма

11


Скачать файл (1015.7 kb.)

Поиск по сайту:  

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