3. Пояснительная записка к примеру выполнения курсовой работы. Силовой анализ плоского рычажного механизма

Целью силового расчёта механизма является определение реакций в кинематических парах и уравновешивающего момента, приложенного к ведущему звену.

Силовой анализ механизма выполняется в следующей последовательности:

• Структурный анализ. Разбиение механизма на структурные группы и начальное звено, образующее кинематическую пару со стойкой;

• Кинематический анализ. Определение положений звеньев механизма. Определение скоростей и ускорений точек и звеньев механизма;

• Определение сил тяжести звеньев:

• Определение сил инерции звеньев;

• Силовой анализ каждой структурной группы в отдельности, начиная с группы, наиболее удалённой от начального звена;

• Силовой расчёт начального звена. Определение реакции стойки и урав­новешивающего момента;

• Определение уравновешивающего момента с использованием рычага Н.Е. Жуковского. Сравнение полученных результатов.

Рассмотрим силовой анализ на примере механизма двигателя внутреннего сгорания.

3.1 Исходные данные

Кинематическая схема исследуемого механизма изображена на рисунке 3.1 Механизм содержит кривошип 1, два шатуна - 2 и 4, два поршня - 3 и 5, на которые действуют силы давления газов в соответствии с индикаторной диаграммой. Точки S2 и S4 являются центрами масс шатунов 2 и 4. Кривошип 1 вращается с постоянной угловой скоростью ω₁= 200 рад/с. Задан угол φ₁= 60°, определяющий положение звена 1 в исследуемом положении механизма.

Размеры звеньев:

lОА = lОС = 0,048 м,

lАВ = lCD = 0,192 м,

lAS2 = lCS4= 0,064 м.

Массы звеньев:

m1= 5 кг ,

m2=m4= 3,2 кг ,

m3=m5= 4 кг.

Центральные моменты инерции звеньев:

JS2 = JS4= 0,014 кг*м².

Диаметры поршней:

d3 = d5= 0,08 м.

Максимальное индикаторное давление в левом и правом цилиндрах:

Рⁱ max= 4,8 мПа.

3.2 Структурный анализ механизма

Определим число степеней свободы механизма по формуле П.Л. Чебышева. W=3n-2p1-p2= 3 * 5 - 2 * 7 - 0 = 1, где

n = 5 - число подвижных звеньев,

p1 = 7 - число одноподвижных (низших)кинематических пар (0-1, 1-2, 2-3,3-0, 1-4, 4-5, 5-0),

p2 = 0 - число двухподвижных (высших) кинематических пар.

Таким образом, положения всех звеньев механизма определяются одной обобщенной координатой, которая представлена углом φ₁. Звено 1, к которому приписана обобщённая координатаφ₁в данном примере, является начальным.

После выделения из механизма начального звена 1 со стойкой оставшаяся кинематическая цепь разбивается на две структурные группы второго класса и второго вида. Одна группа, содержит звенья 2 и 3, а другая - звенья 4 и 5. Механизм в целом, следовательно, относится ко второму классу. На рисунке 3.1 изображены отдельно начальное звено 1, образующее вращательную пару со стойкой, и каждая структурная группа в отдельности.

3.3 Планы положений механизма

Примем масштабный коэффициент для построения плана положений механизма µl = 0,004 м/мм.

Определим длины отрезков, изображающих звенья механизма на чертеже:

ОА = lОА / µl= 0,048 / 0,004 = 12 мм,ОС = О А,

АВ = lAB / µl= 0,192 / 0,004 = 48 мм,CD = АВ,

AS2 = lAS2 / µl = 0,064 / 0,004 = 16 мм, CS4 = AS2.

Изобразим на рисунке 3.1 сначала направляющую ось х, на которой выберем произвольно неподвижную опору О. Изобразим положение отрезкаОАпод угломφ₁ = 60° к осих, и отрезка ОС перпендикулярного к ОА. Затем методом засечек построим положения отрезков АВ и CD, изображающих звенья 2 и соответственно, в заданном положении механизма. На отрезках АВ и CD отметим точки S2и S4. Изобразим крайние положения механизма. Для этого построим крайние положения ползуна 3, которым соответствуют точки В' и В", а также крайние положения ползуна 5, которым соответствуют точки D' и D". Обозначим ход ползуна 3 через В'В". Ход ползуна 5 обозначим через D'D".

В'В" = D'D" = Н = 2* ОА = 2 *12 = 24 мм.

Определим полный ход звена 3:

h=H* µl= 24 * 0,004 = 0,096 м,

где Н= 24 мм - расстояние между точками В' и В" на чертеже.

Полный ход звена 5 будет равен полному ходу звена 3.