В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа по машиностроению. Структурное и кинематическое исследование механизмов двухступенчатого компрессора.

Курсовая работа по машиностроению. Структурное и кинематическое исследование механизмов двухступенчатого компрессора.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Актюбинский Государственный Университет им. К.Жубанова

Факультет “Инженерно-технический”

Кафедра “Общетехнических дисциплин”

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по ТММ на тему:

“Структурное и кинематическое исследование механизмов

двухступенчатого компрессора”

Задание 6 Вариант 4

Студент: группа ТТТТР-2

Решетников В.В.

Курс: 2 Шифр: 05-1777

Руководитель проекта: старший преподаватель ТММ

Мухамбеталина Д.Ж.

Актобе 2006

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Проектирование кинематической схемы

кривошипно-ползунного механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Структурное исследование рычажного механизма . . . . . . . . . . . 5

3. Построение схемы механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4. Построение планов скоростей механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5. Построение планов ускорений механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6. Построение годографа центра масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7. Определение сил давления газов на поршень . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

8. Определение сил тяжести звеньев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

9. Определение сил инерции звеньев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

10. Определение реакций в кинематических парах групп Ассура

II класса 2-го вида . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

11. Силовой расчет входного звена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

12. Определение уравновешивающей силы по методу

Н.Е.Жуковского . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Введение

Большую роль в формировании инженеров-механиков играет курс “Теория меха-низмов и машин”, излагающий научные основы создания новых машин и механизмов, методы проектирования механизмов и машин, а также их теоретического и экспери-ментального исследования.

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту “Структурное и кинематиче-ское исследование механизмов двухступенчатого компрессора” содержит 12 страниц машинописного текста, 1 рисунок, 3 таблицы.

В расчетно-пояснительной записке приведено: проектирование кривошипно-ползунного механизма двухступенчатого компрессора, структурное исследование ры-чажного механизма, расчет скоростей точек кривошипно-ползунного механизма, рас-чет ускорений точек кривошипно-ползунного механизма, построение годографа скоро-сти центра масс S, силовой расчет рычажного механизма .

Исходные данные для проектирования и исследования механизмов двухступенчатого компрессора

Параметр

Обозначение параметра

Обозначение единицы измерения

Величина

Частота вращения кривошипа ОА n1 об/мин 620

Средняя скорость ползуна 3 ?ср. м /с 4,4

Отношение длины шатуна АВ к длине кри-вошипа ОА

? ___

3,8

Номера положений механизма для построе-ния планов ускорений ___ ___ 0,5,7

Диаметр поршня первой ступени D1 м 0,16

Диаметр поршня второй ступени D2 м 0,13

Масса кривошипа ОА m1 кг 2

Масса шатуна АВ m2 кг 4,0

Масса ползуна 3 m3 кг 4,2

Моменты инерции звеньев относительно осей, проходящих через центры масс IS1

IS2 кг • м2

кг • м2 0,07

0,07

Максимальное давление второй ступени ци-линдра

p11max

Мпа

0,52

Положение механизма для силового расчета ___ ___

5

1.Проектирование кинематической схемы кривошипно-ползунного механизма.

Используя формулы LОА = и LAB = LОА • ? и исходные данные определяем длины кривошипа ОА, шатуна АВ.

LОА = = 0,106 м LAB = 0,106 • 3,8 = 0,403 м

2. Структурное исследование рычажного механизма

Определяем степень подвижности механизма по формуле П.Л. Чебышева.

W = 3p – 2p5 – p4

где n = 3 – число подвижных звеньев

p5 = 4 – число кинематических пар пятого класса

p4 = 0 – число кинематических пар четвертого класса

Подставим эти данные в формулу Чебышева и находим:

W = 3 • 3 – 2 • 4 – 0 = 1

Определяем класс и порядок механизма. Для этого расчленим механизм на группы Ассура. Он состоит из одной группы Ассура 2 класса, 2-го вида, 2-го порядка и механизма 1 класса, со-стоящего из входного звена 1 и стойки 4. В целом рассматриваемый механизм 2 класса, (Рис1)

Рис. 1

3. Построение схемы механизма

Масштаб схемы. Приняв на чертеже (лист 1) отрезок ОА = 50 мм, находим:

?l = = 0,0021 м/мм

В принятом масштабе вычерчиваем схему механизма. Для построения 12 положений звеньев механизма разделим траекторию, описываемую точкой А кривошипа ОА,

на 12 равных частей. За нулевое принимаем то положение кривошипа ОА, при котором точка В поршня занимает крайнее левое положение. Из отмеченных на окружности точек А0, А1 …….А11 раствором циркуля, равным:

АВ = = 192 мм

Намечаем на линии движения ползуна 3 точки В0, В1…….В11 . Соединим прямыми точки А0 с В0 , А1 с В1 и т.д., получим 12 положений звеньев механизма.

4. Построение планов скоростей механизма

Построение начинаем от кривошипа ОА. Из точки p, принятой за полюс плана скоростей (лист 1), откладываем в направлении вращения кривошипа ОА вектор скорости точки А: pa = 50 мм

Построение плана скоростей группы Ассура 2 класса (звенья 3 и 2) производим по уравне-нию:

?B = ?A + ?BA

где ?А – скорость точки А кривошипа ОА. Ее величина равна:

?А = ?1 • LОА = = 6,879 м/с

?АВ – скорость точки В звена 2 во вращательном движении относительно точки А направлена перпендикулярно оси звена АВ.

?В – скорость точки В ползуна 3, направлена вдоль оси ОВ.

Из точки А проводим линию, перпендикулярную оси звена АВ, а из полюса p плана скоростей – линию параллельную оси ОВ. Точка b пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости ?В.

Масштаб планов скоростей вычисляем по формуле:

?? = = 0,138 (м/с) / мм

Скорость точки S2 определяем по правилу подобия, т.к. LAS2 = 0.25 •LAB, то отрезок аS2 на плане скоростей будет равен: аS2 = 0.25 • ab.

Найденную точку соединяем с полюсом p. Истинное значение скорости каждой точки нахо-дим по формулам:

?В = ?? • pb, ?ВА = ?? • ba, ?S2 = ?? • pS2

Полученные значения сводим в таблицу 1.

Таблица 1.

Пара-метр Номера положений механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

?В 0 2.76 5.244 6.879 6.7 4.14 0 4.14 6.9 6.879 5.244 2.622

?ВА 6.879 6.072 3.588 0 3.588 6.072 6.879 6.072 3.588 0 3.588 6.072

?S2 5.244 5.52 6.348 6.879 6.762 5.796 5.244 5.796 6.693 6.879 6.348 5.52

Значения скоростей точек кривошипно-ползунного механизма в м/с

Определяем угловую скорость шатуна ВС для 12 положений и сводим полученные значе-ния в таблицу 2.

?ВА =

Таблица 2

Значения угловых скоростей шатуна ВС в рад/с

Пара

метр Номера положений механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

?ВА 17,07 15,07 8,9 0 8,9 15,07 17,07 15,07 8,9 0 8,9 15,07

Направление угловой скорости звена АВ определяем следующим образом. Переносим (мысленно) вектор ba с плана скоростей в точку В шатуна ВА кривошипно-ползунного меха-низма и наблюдаем направление поворота звена АВ вокруг точки А.

5. Построение планов ускорений механизма

Построение плана ускорений рассмотрим для нулевого положения механизма (лист 1).

Так как кривошип ОА вращается с постоянной угловой скоростью ?1 = 64,9 рад/с, то точка А звена ОА будет иметь только нормальное ускорение, величина которого равна:

?A = ?nAO = ?12 • LOA = 64.92 • 0.106 = 446.5 м/с2

Определяем масштаб плана ускорений:

?а = = 8,93 (м/с)/мм

где ?? = 50 мм – длина отрезка, изображающего на плане ускорений вектор нормального ус-корения точки А кривошипа ОА от точки А к точке О. Построение плана ускорений группы Ассура 2 класса второго вида (звенья 2, 3) проводим согласно уравнению:

?В = ?A + ?nВА + ??ВА

где ?В – ускорение ползуна 3, направлено вдоль оси ОВ;

?nBA – нормальное ускорение точки В шатуна АВ при вращении его вокруг точки А, направле-но вдоль оси звена АВ от точки В0 к точке А0.

?nВА = ?2BA • LBA = 17.072 • 0.403 = 117.43 м/с2

Его масштабная величина, обозначим ее через nBA, равна:

nBA = = = 13,15 мм

??ВА – касательное ускорение точки В шатуна АВ при вращении его вокруг точки А (величина неизвестна) направлено перпендикулярно к оси звена АВ.

Из точки а вектора ?а плана ускорений проводим прямую, параллельную оси звена ВА, и откладываем на ней в направлении от точки В0 к точке А0 отрезок nBA = 13,15 мм. Через конец вектора nBA проводим прямую, перпендикулярную к оси звена ВА произвольной длины. Из полюса ? проводим прямую, параллельную оси ОВ. Точка b пересечении этих прямых опре-делит концы векторов ?b и ?ВА. Складывая векторы nBA и ?ВА, получаем полное ускорение звена АВ, для этого соединяем точки а и b прямой. Точку S2 на плане ускорений находим по правилу подобия, пользуясь соотношением отрезков. Так как АS2 = 0.25 • AB, то и аS2 = 0.25 • ab = 0.25 • 13.15 = 3.29 мм. Соединяем точку S2 с

полюсом ?. Численные значения ускорений точек В, S2, а также касательное ускорение найдем по формулам :

?В = ?b • ?А = 64 • 8.93 = 571.52 м/с2

?S2 = ?S2 • ?А = 54 • 8.93 = 482.2 м/с2

??ВА = ?ВА • ?А = 0 • 8,93 = 0 м/с2

Определяем величины угловых ускорений звена АВ:

?ВА = ??ВА / lBA = 0 / 0,403 = 0 рад/с2

Определяем направление углового ускорения звена АВ. Для этого мысленно переносим вектор ?ВА в точку В0. Считая точку А0 неподвижной, замечаем, что поворот звена АВ будет по часовой стрелке. Два других плана ускорений строится аналогично.

Положение №.5.

?nВА = ?2BA • LBA = 15,072 • 0,403 = 91,52 м/с2

nBA = ?nВА / ?А = 91,52 / 8,93 = 10,25 мм

?В = ?b • ?А = 50 • 8,93 = 446,5 м/с2

?S2 = ?S2 • ?А = 49 • 8,93 = 437,6 м/с2

??ВА = ?ВА • ?А = 24 • 8,93 = 214,3 м/с2

?ВА = ??ВА / lBA = 214,3 / 0,403 = 531,8 рад/с2

Положение №.7.

?nВА = ?2BA • LBA = 15,072 • 0,403 = 91,52 м/с2

nBA = ?nВА / ?А = 91,52 / 8,93 = 10,25 мм

?В = ?b • ?А = 52 • 8,93 = 464,36 м/с2

?S2 = ?S2 • ?А = 49 • 8,93 = 437,6 м/с2

??ВА = ?ВА • ?А = 24 • 8,93 = 214,3 м/с2

?ВА = ??ВА / lBA = 214,3 / 0,403 = 531,8 рад/с2

6. Годограф скорости центра масс S звена 2.

Для построения годографа скорости переносим векторы ps2 параллельно самим себе свои-ми началами в одну точку p, называемую полюсом. Соединяем концы векторов плавной кри-вой.

7. Определение сил давления газов на поршень

На листе 1 построен план механизма для 5-го положения в масштабе ?l = 0.0021 м/мм. В нашем примере для 5-го положения идет процесс сжатия. По условиям задания при сжатии давление в цилиндре равно:

p3 = 0,23 • pmax = 0,23 • 0,52 = 0,1196 МПа =119600 Па

Тогда сила давления газов на поршень будет равна:

P3 = p3 • ? • R2 = 119600 • 3,14 • 0,082 = 2403 H

8. Определение сил тяжести звеньев.

G2 = m2 • g = 4 • 9.81 = 39.24 H ? 39 H

G3 = m3 • g = 4.2 • 9.81 = 41.2 H ? 41 H

9. Определение сил инерции звеньев.

Fu2 = - m2 • ?S2 = - 4 • 437.6 = -1750.4 H

Mu2 = - IS2 • ?2 = - 0.07 • 531.8 = - 37.2 H • м

Fu3 = - m3 • ?B = - 4.2 • 446.5 = -1875 H • м

Прикладываем силы инерции и моменты к звеньям механизма. Силу Fu2 прикладываем в точку S2, силу Fu3 – в точку В. Направляем их параллельно и противоположно своим ускорениям. Момент Mu2 от пары сил инерции направляем противоположно угловому уско-рению ?2.

Производим замену силы инерции Fu2 и момента от пары сил инерции Mu2, шатуна АВ од-ной результирующей силой Fu2', равной Fu2 по величине и направлению, но приложенной в точке Т2 звена АВ или на его продолжении. Для этого вычисляем плечо Hu2:

Hu2 = = 10.12 мм

Сносим силу Fu2 параллельно самой себе на 10.12 мм.

10. Определение реакций в кинематических парах групп Ассура ?? класса 2- го вида.

Определение реакций в многозвенном механизме нужно начинать с группы Ассура, наиболее удаленной по кинематической цепи от входного звена. Начнем определение реакций в звеньях 2, 3. Приложим к этим звеньям все известные силы: G2, Fu2, G3, Fu3, P3. Действие звена 1 и стойки 4 заменяем неизвестными реакциями R12 и R43. Реакцию R12 для удобства вычислений раскладываем на две составляющие: Rn12 – по оси звена 2 и R?12 – перпендикулярно оси звена. R43 – реакция со стороны стенки цилиндра на поршень 3, направлена она перпендикулярно оси цилиндра. Вначале определяем величину реакции R?12 из суммы моментов всех сил, действующих на звено 2, ?MB(F1) = 0:

- R?12 • AB + Fu2 • hu2 – G2 • hG2 = 0, откуда

R?12 = = -750 Н

Реакции Rn12 и R43 определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 2, 3.

Rn12 + R?12 + Fu2 + G2 + Fu3 + G3 + P3 + R43 = 0

Построение плана сил. Из произвольной точки а в масштабе ?F = 30 H/мм откладываем по-следовательно все известные силы R?12, Fu2, G2, Fu3, P3, R43, перенося их параллельно самим себе в план сил. Далее через вектора P3 проводим линию, перпендикулярную оси цилиндра ОВ до пересечения с прямой, проведенной из точки а параллельно оси звена АВ. Точка пересечения этих прямых определит модули реакций Rn12 и R43 . Так как силы тяжести G2 и G3 в масштабе ?F = 30 H/мм получаются меньше 1 мм, мы их не откладываем.

Итак,

R12 = R12 • ?F = 47 • 30 = 1410 H

Определяем реакцию R32 во внутренней паре со стороны ползуна 3 на шатун 2, рассматри-вая равновесие звена 2. Запишем уравнение равновесия:

R12 + G2 + Fu2 + R32 = 0

В этом уравнении силы R12, G2, Fu2 известны по величине и направлению. Откладываем их последовательно в масштабе ?F = 30 H/мм. Реакция R32 замкнет этот многоугольник. Модуль ее равен:

R32 = R32 • ?F = 56 • 30 = 1680 Н

11. Силовой расчет входного звена.

Прикладываем к звену 1 в точке А силы R12 = - R12, а также пока еще не известную уравно-вешивающую силу Fy, направив ее предварительно в произвольную сторону перпендикулярно кривошипу ОА. Так как центр масс S1 совпадает с точкой О, то Fu1 = 0, a ?1 = const, то и Mu1 = 0. В начале из уравнения моментов всех сил относительно точки О определяем Fy:

- Fy • OA – R21 • h21 = 0

откуда

Fy = = - 2763 Н

В шарнире О со стороны стойки 4 на звено 1 действует реакция R41, которую определяем построением многоугольника сил согласно векторному уравнению:

Fy + R21 + R41 = 0

Откладываем последовательно 2 известные силы Fy и R21 в масштабе ?F = 20 H/мм. Соеди-нив начало R21 с концом Fy , получим реакцию R41.

R41 = R41 • ?F = 24 • 20 = 480 H

12. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е.Жуковского

Строим для 5-го положения в произвольном масштабе повернутый на 90° план скоростей. В одноименные точки плана переносим все внешние силы (без масштаба), действующие на звенья механизма, в том числе и силу Fy. Составляем уравнение моментов всех сил относи-тельно полюса p плана скоростей, беря плечи сил по чертежу в мм:

Fu2 • hu2 + G2 • hG2 + G3 • hG3 + ( Fu3 – P3 ) • pb – Fy • pa = 0

Fy = - 2755 H

Расхождение результатов определения уравновешивающей силы методом Жуковского и методом планов сил равно:

? = = 0,3 %

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта получены следующие результаты:

- Проведено структурное исследование рычажного механизма;

- Построены планы скоростей, найдены значения скоростей точек для каждого из 12 положений механизма, а также значения угловых ускорений шатуна АВ;

- Построены планы ускорений для 0, 5 и 7 положений, найдены численные значения ускорений точек В, S2, а также касательного ускорения ??ВА для 0, 5 и 7 положений;

- Проведен силовой расчет рычажного механизма, а в частности, определены силы дав-ления газов на поршень, силы тяжести звеньев, силы инерции звеньев;

- Определены реакции в кинематических группах Ассура II класса 2-го вида, построены планы сил;

- Проведен силовой расчет входного звена, и уравновешивающей силы по методу Н.Е.Жуковского;

- Расхождение результатов определения уравновешивающей силы методом Жуковско-го и методом планов сил равно - 0,3 %

- Получены навыки по работе с такого вида курсовыми проектами.

Список используемой литературы.

1. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов/К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.В. Фролова - М.: Высш. шк., 1987.-496 с.; ил.

2. Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин: Учеб. по-собие для машиностроительных спец. вузов/Под ред. K.B. Фролова. -М.: Высш. шк., 1986. - 295 с.; ил.

3. Учебное пособие для курсового проектирования по Теории механизмов. Часть 1./Под ред. Архангельской Т.А., -М.: Изд-во МГТУ, 1985. -68 с., ил. 6. Попов С.А., Тимофеев Г.А.. Проектирование кулачковых механизмов с использованием ЭВМ: Учеб. пособие для курсово-го проектирования. -М.: Изд-во МГТУ, 1982. -48 с., ил.