Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
мой курсовой ч1.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
20.11.2019
Размер:
438.78 Кб
Скачать

Заключение 42

Список литературы 43

1 Работа механизма.

1.1 Фаза отключения.

В положении «включено» (рисунок1) буферная пружина 5 сжата, а отключающая 4 - растянута. Они стремятся повернуть коромысло по часовой стрелке. Тяга 7 растянута, а шатун 9 и кривошип 10 сжаты. Щека 11 опирается на фиксатор 13.

При повороте фиксатора 13 против часовой стрелки вокруг оси О5 ( вручную или с помощью электромагнита, который на схеме не показан) щека 11 освобождается и под действием силы со стороны кривошипа 10 поворачивается вокруг оси О4, сжимая пружину 12. При этом шарнир А перемещается влево по торцу опорной скобы до тех пор, пока не срывается с него и падает вниз. Коромысло 8 и коромысло 3 поворачиваются по часовой стрелке, поднимая подвижные контакты 2. После размыкания контактов пружина 5 садится на свои упоры, а механизм движется под действием пружины 4. В конце поворота коромысла 3 включается в работу демпфер 6, который останавливает разогнавшийся механизм, поглощая его кинетическую энергию.

После срыва шарнира А с торца скобы щека 11 под действием пружины 12 возвращается в исходное положение. Фиксатор 13 под действием пружины 14 поворачивается по часовой стрелке и фиксирует щеку в исходном положении. Выключатель находится в положении «отключено» и готов к включению.

1.2 Фаза включения.

Включение производится штока (рисунок1) 17. При перемещении штока вверх он упирается в шарнир А четырехзвенника О1АВО2 и поворачивает кривошип 10 вокруг временно неподвижной оси О1. При этом коромысло 8 и коромысло 3 поворачиваются против часовой стрелки, опуская стержни 2 до полного входа их в розеточные контакты 1. Правое плечо коромысла 3 натягивает отключающую пружину 4 и сжимает буферную пружину 5.

П еремещаясь вверх, шарнир А отжимает вправо опорную скобу 15, сжимая пружину 16. При полном поднятии шарнира А скоба 15 под действием пружины 16 возвращается назад, запирая механизм в положении «включено». Шток 17 опускается вниз. Механизм готов к отключению.

2 Определение геометрических параметров привода.

Механизм привода осуществляет преобразование прямолинейного движения штока 17 (рисунок 1) во вращательное движение коромысла выключателя 3 при включении, а также обеспечивает согласование силовых характеристик двигателя и потребителя энергии.

2.1 Процесс оптимизации параметров четырехзвенника.

О пределяемые параметры: Lш, d, RВ, угол γ (рисунок 2). В качестве варьируемых примем четыре параметра:

; ; γ ; , (p-исходные данные)

где R-длина кривошипа O1A, d-расстояние между точками O1 и O2, RВ-длина O2B, Lш- длина шатуна AB, γ-угол между вертикалью и отрезком O1 O2.

Величина R не влияет на кинематические характеристики четырехзвенника и может быть выбрана из конструктивных соображений. Углы φ1 и φ2 примем равными соответственно 60º и 120º. Зададим область определения параметров q, γ, r:

1,1 ≤ q ≤ 1,5; 5º ≤ γ ≤ 30º; 0,6 ≤ r ≤1,0

Оптимальные параметры четырехзвенника будем искать из зависимости углов θBi (рисунок 2) от варьируемых параметров.

Геометрический анализ четырехзвенника дает следующие выражение для определения искомой функции:

(1 )

где

(2)

i=1;2 соответственно для углов и .

Рисунок 2. Четырехзвенник.

Находим q*-оптимальный параметр четырехзвенника.

П римем: p=1.0(исходные данные)

rcр=

γср=

Зададим q1=1.1

Подставляя в (1) и (2), находим в1, в2 при φ1 = 60, φ 2 = 120

Результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Углы давления вi , в градусах

Принятые параметры

rср =0.8 ; γср = 17.50 ; р = 1.25

φ i , град.

q1 =1.3

q2 =1.35

q3 =1.45

q4 =1.5

60

31.676

37.027

49.804

58.039

120

45.619

43.261

38.247

35.603

По данным таблицы 2 построим график зависимости i от q(рисунок 3).

Из рисунка 3 видим, что графики зависимостей в1 и в2 пересекаются в точке q*. Примем q*=1.388.

Аналогично методу изложенному выше рассчитаем углы в1 и в2 при изменении параметра r. При этом примем q*=1.388, γср = 17.50 и p=1.

П олученные результаты сведём в таблицу 3.

Таблица 3.

Углы давления вi , в градусах

Принятые параметры

q*=1.388 ; γср = 17.50 ; р = 1.25

φ i , град.

r1 =0.65

r2 =0.7

r3 =0.75

r4 =0.85

r5 =0.9

60

71.651

57.436

48.412

35.778

30.883

120

42.85

42.073

41.611

41.395

41.559

По данным таблицы 3 построим график зависимости от r (рисунок 4).

Графики зависимостей в1 и в2 пересекаются при r=0.801 , поэтому примем r*=0.801.

Аналогично методу изложенному выше рассчитаем углы в1 и в2 при изменении γ. При этом приняли q*=1.388 , r*=0.801 и р=1.25.

Полученные результаты сведём в таблицу 4.

Т аблица 4.

Углы давления вi , в градусах

Принятые параметры

q*=1.388; r*=0.801; р = 1.25

φ i , град.

γ1 =100

γ2 =150

γ3 =200

γ4 =250

γ 5 =300

60

56.606

46.018

36.977

28.789

21.148

120

32.026

38.277

44.521

50.786

57.116

По данным таблицы 4 построим графики зависимости от γ(рисунок 5).

Графики зависимостей в1 и в2 пересекаются при γ=17,4880 поэтому примем γ *=17,4880.

Зная параметры r*, q*, γ*, можем рассчитать оптимальные параметры четырехзвенника. Длину кривошипа R выберем из конструктивных соображений: R=H/3 (H - исходные данные). Остальные параметры: d=q**R ; RB=r**R ; Lш=p*R .

Тогда:

R (мм);

RB (мм);

d (мм);

Lш= (мм);

Полученные величины округлим по ГОСТ 6636-69 Ra40:

R=105(мм);

R B=85(мм);

d=150(мм);

Lш=130(мм);

Примем масштаб μL=1 и построим в этом масштабе схему четырехзвенника (рисунок 6).

3 Построение схемы механизма выключателя.

Коромысло ВО2С будем проектировать таким образом, чтобы в крайних положениях прямая О2С образовывала с горизонталью одинаковые углы

;

из схемы четырехзвенника (рисунок 6).

Считаем, что скорость контактного стержня практически совпадает с вертикальной проекцией скорости шарнира Е. Это условие выполняется достаточно точно во всех точках траектории движения шарнира Е при малом угле полного поворота коромысла . Однако очень малый угол приводит к значительному увеличению размера L и соответственно габаритов выключателя.

Исходя из этих соображений, зададим . Тогда зная Н, можно найти

(мм)

Полученное значение L округлим по ГОСТ 6636-69 по Ra40 и получим : L=420 (мм).

Исходя из соотношений и , где из конструктивных соображений определим размеры l1, l2. В данном случае примем ; тогда

(мм);

(мм);

Тогда из условия равенства хорд и получим зависимость между длиной второго плеча коромысла Rc и отношением длин плеч коромысла выключателя EO3F.

(мм)

Найдем hК-ход в контактах:

hK (мм);

Полученные значения округлим по ГОСТ 6636-69 по Ra40 и занесем в таблицу 5.

Таблица 5.

L, мм

l1, мм

l2, мм

Rc,мм

hk, мм

ψ0, град

θ0, град

320

150

180

85

65

38.5

22,5

Д лина тяги CD практически не влияет на кинематику системы, поэтому зададим ее такой, чтобы схему механизма удобно было расположить на чертеже.

Поданным таблицы 5, параметрам четырехзвенника построим в масштабе μL=2,5 схему привода масляного выключателя (рисунок 7)

4 Расчет кинематических характеристик механизма.

Определим отношение скоростей точек D, E, F коромысла выключателя скорости штока двигателя в зависимости от положения штока . Разделим дугу, описываемую точкой A кривошипа O1A при переходе механизма из положения «отключено» в положение «включено» на шесть равных частей. Вычертим механизм в крайних и пяти промежуточных положениях, соответствующих семи положениям точки A. Восьмое положение (точка A8) соответствует моменту вхождения стержней в контакты (рисунок 1). Восемь положений механизма показаны на рисунке 7.

В каждом из положений механизма определим линейные скорости точек A, B, C, D,E, F и угловые скорости звеньев O1A, BC, EF. При этом вертикальная проекция скорости точки A, равная скорости штока двигателя, принимается равной единице (VAY). Примем также, что вертикальные проекции скоростей точек C и D одинаковы (VСY= VDY).

Скорость точки А в каждом из восьми положений направлена по перпендикуляру к звену О1А, а скорость штока направлена вертикально вверх и равна 1 м/с . Спроектируем вектор скорости точки А на вектор скорости штока:

где φi-угол между горизонтом и звеном O­1Ai(рисунок 7).

Например

Шатун АВ совершает плоскопараллельное движение:

; АВ

Для нахождения скорости точки В VB , воспользуемся мгновенным центром скоростей. Для этого восстанавливаем перпендикуляры к скоростям VBi и VAi в точках Аi Bi до точки Pi(мцс) измеряем по чертежу (рисунок 7).

A iPi(мцс), определяем графическим методом (рисунок 7), замеряя расстояние от точки Аi до пересечения с прямой, выходящей из соответствующего положения точки Вi.

Скорость т.В для 3-го положения:

Для определения BiPi(мцс) поступаем точно также как и для определения AiPi (мцс). Скорость т.В для 3-го положения:

VBi=VAi*(BiPi/AiPi)

VB3=VA3*(B3P3/A3P3)=1.015*(11.7/8.2)=1.448

Скорость точки С:

VCi=VBi * (Rc/RB)

RB =RC

Скорость т.С для 3-го положения:

VC3=VB3i =1.448

Определим скорость точки D: звено CD совершает плоскопараллельное движение, которое можно описать уравнением :

Для нахождения скорости точки D можно принять, что вертикальные проекции скоростей точек С и D равны, найдем скорость точки D:

где ψi и θi –углы соответственно между горизонтом и звеном О2Сi и между горизонтом и звеном О3Di (рисунок 7).

Скорость т.D для 3-го положения:

О пределим скорость точек Е, F: звено О3Есовершает вращательное движение, следовательно, скорость точки Е можно рассчитать по формуле:

VFi=VDi*(l2/l1) ; VF3=1.425*(180/150)=1.187

VEi=VDi*(L /l1) ; VE3=1.425*(418/150)=3.972

Для определения скорости VLi воспользуемся формулой:

; VL3=3.972*cos5=3.957.

Рассчитаем остальные скорости точек и звеньев по приведенным выше формулам.

Результаты вычислений сведены в таблицу 6.

Таблица 6

i

i

i

Sш,i

Sст,i

υAi

υBi,

υCi

υDi

υEi

υFi

υLi

30

22.5

38.5

0

0

1.155

1.647

1.647

1.395

3.888

1.162

3.592

20

15

26

0.017

0.052

1.064

1.518

1.518

1.413

3.937

1.177

3.803

10

8

13

0.034

0.105

1.015

1.448

1.448

1.425

3.972

1.187

3.957

0

0

0

0.053

0.16

1.000

1.427

1.427

1.427

3.977

1.189

3.977

-10

-8

-13

0.071

0..215

1.015

1.448

1.448

1.425

3.972

1.187

3.957

-20

-15

-26

0.088

0..268

1.064

1.518

1.518

1.413

3.937

1.177

3.803

-30

-22.5

-38.5

0.105

0.32

1.155

1.647

1.647

1.395

3.888

1.162

3.592

-17

-13

-22

0.083

0..254

1.046

1.492

1.492

1.42

3.957

1.183

3.856

Координаты i - тых положений штока:

S Шi = R(sin φ0 – sin(φ0 – φi))

где R – длина кривошипа О1А

В таблице 6 S­шi-смещение штока двигателя, Sстi-смещение стержней, соответствующие i-тому положению, взяты непосредственно со схемы (рисунок 7).По данным таблицы 6 строятся графики зависимостей скоростей точек A, B, C, D, E и F,L от Sшi, а также зависимость Sст от Sш (рисунок 8, 9, 10).

5 Приведение сил сопротивления к штоку двигателя.

Условия равенства мощности приведенной к штоку силы Q сумме мощностей всех сил сопротивления выключателя запишем следующим образом

, (3) где Fj - активные силы трения, приложенные в j-х точках механизма;

vj - скорости j-х точек вдоль направления сил Fj;

Mk - моменты сил трения в k-х шарнирах;

 - взаимные угловые скорости элементов, сопрягаемых в k-х шарнирах.

Разделив (3) на vm, получим

или в подробной записи

. (4)

Здесь  - вертикальное перемещение точки F коромысла, отсчитываемое от ее нижнего положения.

При вычислении разности угловых скоростей в выражении (4) следует учитывать знак каждой из них. Подчеркнутое слагаемое включается в сумму только в тех положениях механизма, в которых контактные стержни вошли в розеточные контакты, а точка F коромысла соприкоснулась с буферной пружиной. На стадии проектирования моменты сил трения в шарнирах неизвестны, так что непосредственно использовать выражение (4) для определения величины Q невозможно. Однако мощность сил трения относительно невелика, что позволяет учесть ее, воспользовавшись понятием коэффициента полезного действия , который можно оценить на основании опыта создания

аналогичных конструкций. Отбросив в (4) слагаемые, выражающие работу сил трения, и разделив оставшиеся на , получим для каждого из восьми положений механизма

. (5)

Здесь и - вертикальные проекции относительных скоростей и , определяемые на основании данных из таблицы 6. Коэффициент полезного действия i для всех положений можно считать одинаковым. Принимаем

0,9,

где - КПД i-той пары.

Перемещение i определится выражением

.

Здесь i - текущее значение угла поворота коромысла, отсчитываемое от положения «отключено».

Подчеркнутые в (5) слагаемые учитываются лишь для положений механизма после замыкания контактных стержней.

Д евятое положение механизма возникает в результате расчета силы Q два раза для восьмого положения, то есть один раз без учета сил сопротивления, возникающих в месте соприкосновения контактных стержней с розеточными контактами, второй раз с учетом сил сопротивления.

Р езультаты вычислений сведены в таблицу 7 и по данным таблицы 7 построен график зависимости FCti отSШi (рисунок 11) .

Таблица 7

λi, мм

0

22

44

69

96

115

138

109

Sшi,мм

0

17

34

53

71

88

105

83

F Cti, Н

59.67

575.086

1113

1758

2459

13810

17410

2811

17410