Лист 1. Кинематический анализ рычажного механизма.

ВВЕДЕНИЕ

 

Самостоятельная работа студентов механических специальностей по курсу «Теория механизмов и машин заключается в изучении, анализе, приобретения навыков графоаналитических методов по следующим разделам:

1. Структурный анализ шарнирно-рычажных механизмов;

2. Кинематический анализ плоских механизмов с низшими парами;

3. Силовой анализ рычажных механизмов.

Для освоения этих разделов ТММ студенты выполняют расчетно-графическую работу целью, которой является:

ознакомить студентов с основными методами анализа шарнирно-рычажных механизмов;

научить студентов самостоятельной работе при решении инженерно-практических целенаправленных задач путем системной, углубленной проработки основных разделов теоретического курса ТММ;

выработать у студентов необходимые расчетные и графические навыки проектирования механизмов и машин.

При решении задач, предусмотренных заданием рекомендуется использовать графические методы на базе расчетных кинематических и силовых параметров. Этот метод позволяет наглядно продемонстрировать закономерности и взаимосвязь реально действующих сил в звеньях и шарнирах механизма в зависимости от заданного закона движения и сил сопротивления.

Данная работа важна с точки зрения понимания и ответа на вопрос: откуда возникают силы, куда направлены и чему равны по величине. Это является ключевым моментом при изучении курсов «Сопротивление материалов» и «Деталей машин», где студентами рассматриваются вопросы деформации от действующих сил в звеньях и соединениях и производятся расчеты на прочность и жесткость деталей.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Прежде чем перейти к выполнению расчетно-графической работы, приведем некоторые понятия и определения, встречающиеся в курсе теории механизмов и машин.

Механизм – механическая система, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Подвижное звено механизма – твердое тело, входящее в состав механизма.

Стойка – звено, принимаемое за неподвижное.

Ведущее (входное) звено – звено, соединенное с источником энергии, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев.

Ведомое (выходное) звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Начальное звено – звено, которому приписывается одна или несколько обобщенных координат механизма.

Обобщенная координата механизма – каждая из независимых между собой координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки.

Кинематическая пара – соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающих их относительное движение.

Элемент кинематической пары – совокупность поверхностей, линий и отдельных точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару.

Кинематическая цепь – система звеньев, связанных между собой кинематическими парами.

Замкнутая кинематическая цепь – кинематическая цепь, звенья которой образуют один или несколько замкнутых контуров.

Не замкнутая кинематическая цепь – кинематическая цепь, звенья которой не образуют замкнутых контуров.

Структурная схема механизма – схема механизма, указывающая стойку, подвижные звенья, виды кинематических пар и их взаимное расположение.

Класс кинематической пары – число связей, наложенных на относительное движение звеньев.

Поступательная пара – одноподвижная пара, допускающая прямолинейно-поступательное движение одного звена относительно другого.

Вращательная пара – одноподвижная пара, допускающая вращательное движение одного звена относительно другого.

Низшая пара – кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено постоянным соприкасанием ее элементов по поверхности.

Высшая пара – кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено только соприкасанием ее элементов по линиям и в точках.

Плоский механизм – механизм, подвижные звенья которого совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости.

Рычажный механизм – механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары.

Шарнирный механизм – механизм, звенья которого образуют только вращательные пары.

Кривошип -вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси.

Коромысло – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси.

Шатун – звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями.

Ползун – звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой.

Кулиса – звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.

Кинематический анализ механизма – определение движения звеньев механизма по заданному движению начальных звеньев.

Кинематическая схема механизма – структурная схема механизма с указанием размеров звеньев, необходимых для кинематического анализа механизма.

Крайнее положение звена – положение звена, из которого оно может двигаться только в одном направлении.

Крайнее положение механизма – положение механизма, при котором хотя бы одно звено занимает крайнее положение.

Масштабный коэффициент – отношение численного значения физической величины в свойственных ей единицах к длине отрезка в миллиметрах, изображающего эту величину (на схеме, графике и т.д.).

2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

 

2.1. СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

 

Лист 1. Кинематический анализ рычажного механизма.

1. Выполнить структурный анализ механизма (в расчетно-пояснительной записке).

2. Построить механизм в 12 положениях по 12 равноотстоящим положениям кривошипа. В качестве нулевого принять одно из крайних положений механизма. Если второе крайнее положение не попадает в число двенадцати, его следует построить дополнительно (обозначить звездочкой). Положения механизма пронумеровать в направлении вращения кривошипа. Одно положение механизма вычертить контурными линиями, а остальные – тонкими. Звенья пронумеровать, а точки (центры шарниров, центры масс звеньев и др.) обозначить прописными буквами латинского алфавита в одном положении механизма, а в остальных положениях эти точки можно пронумеровать только цифрами, обозначающими порядковый номер положения механизма.

3. Построить три плана скоростей и три плана ускорений – для нулевого положения механизма, для одного из положений рабочего хода и одного положения холостого хода. Планы вычертить тонкими линиями, на них указать все характерные точки механизма строчными буквами латинского алфавита. На основании построенных планов скоростей и ускорений определить скорости и ускорения характерных точек и угловые скорости и угловые ускорения всех звеньев. Результаты расчетов оформить в виде таблиц.

4. Построить кинематические диаграммы перемещений рабочего звена в зависимости от времени или угла поворота кривошип, а диаграммы скоростей и ускорений – методом графического дифференцирования диаграмм соответственно перемещений и скоростей. Провести сравнительную оценку скоростей и ускорений, полученных графическим дифференцированием и методом планов скоростей и ускорений.