Составление и исследование моделей механических систем

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Омский государственный  технический университет»

 

 

 

 

Кафедра «Теория  механизмов и машин»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

на тему: Составление и исследование моделей  механических систем

по дисциплине «Конструирование и проектирование механизмов привода двигателей внутреннего сгорания»

 

Студент

 

 

 

 

 

                                                                                      Руководитель работы:

                                             

                                                                                      Разработал студент:     

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2012

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Механика  машин, динамика машин в частности, есть научная база  создания и  эксплуатации машин, конечной целевой  функцией которых является специально синтезируемое механическое движение с определёнными характеристиками.

В научной  и учебной литературе сложились  несколько точных определений объекта-машины.

Машина  – искусственно созданная система  для использования законов природы  с целью повышения производительности труда путём частичной или  полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях.

Машина  есть устройство, выполняющее механическое движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью  замены или облегчения физического  и умственного труда человека.

На наш  взгляд, первое из них является более  общим и философски безупречным  [1, стр.17].

Механическую  часть машины составляют механизмы. Механизм – искусственно созданная механическая систем для преобразования движения.

Механизм  удобно представлять состоящим из звеньев, исполненных одной деталью или  сборкой из деталей, не имеющих относительного движения. Звенья в механизмах соединены  с возможностью их относительного движения. Подвижные соединения звеньев накладывают  на их относительное движение связи. Звенья, связанные подвижно, образуют кинематическую цепь.

Цель  данного курсового проекта научиться  понимать строение механизмов, составлять структурную схему, рассчитывать подвижность  механизма в плоскости и пространстве, пользоваться общим методом синтеза  механизмов с оптимальной структурой, а так же составлять план малых  перемещений механизма и считать  ошибку при изменении геометрических размеров звеньев на примере двух механизмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1  Исследование строения идеального механизма.

 

Основной  задачей структурного анализа является определение групп Ассура, из которых  состоит механизм, их класса, порядка  и класса самого механизма.

Механизм плунжерного насоса состоит из 6 звеньев: О - стойка, OA - кривошип, АВ - коромысло, ВС – шатун, С – ползун, ВД – коромысло. Звенья образуют 7 кинематических пары: стойка-кривошип, кривошип-коромысло, коромысло-шатун, шатун-ползун, ползун-стойка, коромысло-стойка. ЕЩЁ ОДНУ ПАРУ НЕ МОГУ НАЙТИ)

 

Подвижность механизма определим по формуле  Чебышева П.Л.[1]

 

,  (1.1)

 

где    n - число подвижных звеньев; Р₅ - кинематических пар 5 класса; P₄- число кинематических пар 4 класса;

В нашем случае , следовательно, в механизме одно звено, способное совершать независимое движение. Структурная схема механизма приведена на рис. 1.1.

Формула образования механизма

 

Наиболее  высокий класс группы, входящей в  состав механизма равен II, следовательно, наш механизм второго класса, второго порядка.

 

                                      

Рис.1.1. Структурная схема механизма

 

 

 

 

 

 

1.2. Ослабление контурных связей

 

Схема данного механизма:

                        

Рассчитаем подвижность  механизма в пространстве:

 

 

Результат -5 говорит о том что механизм требует доработок, ему необходимо добавить 6 движений.

 

Заменим пары 5-го порядка  парами 3-го порядка.

                                   

 

Рис.2 Структурная схема модернизированного механизма

Рассчитаем  подвижность механизма с новыми условиями:

 

 

Полученный  результат +1 говорит о том, что механизм является идеальным и все кинематические пары удовлетворяют условиям подвижности.

 

 

 

1.3 Общий метод синтеза механизмов с оптимальной структурой

 

Для изложения  основных положений метода введем следующие  обозначения: f – общее количество возможных (разрешенных) движений в связях;  f₀ – количество движений основных (связанных со стойкой) звеньев; f_x – количество возможных движений в промежуточных связях:

 

.

 

n – общее количество звеньев; n₀ – количество звеньев связанных подвижно со стойкой (количество основных звеньев); n_x – количество промежуточных звеньев:

.

где единицей обозначена стойка.

 

k – общее количество замкнутых контуров; k₀ – количество контуров, в состав которых входят основные звенья, k_x – количество контуров, образуемых промежуточными звеньями:

 

.

 

q – количество избыточных связей, в оптимальной структуре q=0;

Подвижность механизма в новом понятийном аппарате и новых обозначениях:

 

 

 

Зависимость предполагает, что каждый контур накладывает  на кинематическую цепь шесть связей.

 

Итак, перед  нами стоит задача при помощи общего метода синтеза механизмов с оптимальной  структурой преобразовать вращательное входное движение в поступательное выходное движение. Исследуя данный механизм получаем следующее: W=1, f₀=3(вход-выход), n₀=3, n_x=2. Одноконтурное решение будет при выполнении условий: k=1, причем k₀=2, а k_x=0.

Получаем:

 

 

 

Подставим в:

 

 

 

И поскольку                           , то

 

 

 

 

 

Полученный  результат означает, что механизм будет трехзвенным (стойка и два  подвижных звена), звенья относительно стойки имеют по одному движению, а  между собой образуют одну пяти подвижную  связь, что достигается точечным контактом активных поверхностей подвижных  звеньев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ 35. 2.1. Исследование строения идеального механизма.

 

Основной  задачей структурного анализа является определение групп Ассура, из которых  состоит механизм, их класса, порядка  и класса самого механизма.

Механизм стопцилиндровой печатной машины состоит из 6 звеньев: О₁ - стойка, О₁А - кривошип, …..  Звенья образуют 7 кинематических пар: стойка - кривошип, …..

Подвижность механизма определим по формуле  Чебышева П.Л.[1]

 

,    (1.1)

 

где    n - число подвижных звеньев;Р₅ - кинематических пар 5 класса; P₄- число кинематических пар 4 класса;

В нашем случае , следовательно, в механизме одно звено, способное совершать независимое движение.

Структурная схема механизма приведена на рис. 2.1.

 

Формула образования механизма

Наиболее  высокий класс группы, входящей в  состав механизма равен II, следовательно, наш механизм второго класса, второго порядка.

                                    

Рис.7. Структурная схема механизма

 

2.2 Ослабление контурных связей

 

 

 

 

2.3 Общий метод синтеза механизмов с оптимальной структурой

 

Для изложения  основных положений метода введем следующие  обозначения: f – общее количество возможных (разрешенных) движений в связях;  f₀– количество движений основных (связанных со стойкой) звеньев; f_x – количество возможных движений в промежуточных связях;

 

n – общее количество звеньев; n₀ – количество звеньев связанных подвижно со стойкой (количество основных звеньев); n_x – количество промежуточных звеньев;

 

где единицей обозначена стойка.

k – общее количество замкнутых контуров; k₀ – количество контуров, в состав которых входят основные звенья,k_x – количество контуров, образуемых промежуточными звеньями.

 

q – количество избыточных связей, в оптимальной структуре q=0;

Подвижность механизма в новом понятийном аппарате и новых обозначениях:

 

Зависимость предполагает, что каждый контур накладывает  на кинематическую цепь шесть связей.

Итак, перед  нами стоит задача при помощи общего метода синтеза механизмов с оптимальной  структурой преобразовать вращательное входное движение в поступательное выходное движение. Исследуя данный механизм получаем следующее: W=1, f₀=3 (вход-выход), n₀=3, n_x=2. Двухконтурное решение будет при выполнении условий: k=2, причем k₀=2, а k_x=0.

Получаем:

 

Подставим в:

 

И поскольку                              , то

 

 

Полученный  результат означает, что механизм будет пятизвенным (стойка и четыре подвижных звена), звенья относительно стойки имеют по одному движению, а  между собой образуют две трех и две четырех подвижных связи, что достигается точечным и линейным контактом активных поверхностей подвижных звеньев.