close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...Ñ Ð½Ð¸Ð²ÐµÑ Ñ Ð¸Ñ ÐµÑ Ð Ð°Ñ ÐµÐ´Ñ Ð° " Ð Ñ Ð½Ð¾Ð²Ñ Ð¿Ñ Ð¾ÐµÐºÑ Ð¸Ñ Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¼Ð°Ñ Ð¸Ð½

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Украины
Донецкий национальный технический университет
Кафедра "Основы проектирования машин"
Методические указания к выполнению лабораторной работы №3
по курсу "Теория механизмов и машин"
"Кинематический анализ кулисных механизмов"
Донецк, 2006 г.
Министерство образования и науки Украины
Донецкий национальный технический университет
Кафедра "Основы проектирования машин"
Методические указания к выполнению лабораторной работы №3
по курсу "Теория механизмов и машин"
"Кинематический анализ кулисных механизмов"
Рассмотрено на заседании кафедры
"Основы проектирования машин"
Протокол № _____ от ____________ г.
Утверждено на заседании
учебно-методического совета ДонНТУ
Протокол № _____ от ____________ г.
Донецк, 2006
2
УДК 621.01(07)
Кинематический анализ кулисных механизмов. Методические указания к
выполнению лабораторной работы №3 по курсу "Теория механизмов и машин"
/ А.Л. Сотников. − Донецк: ДонНТУ, 2006. − 15 с.
Методические указания являются частью комплекса методических материалов, разработанных кафедрой "Основы проектирования машин" ДонНТУ и
содержат в себе инструкции по подготовке и проведению лабораторной работы
на тему "Кинематический анализ кулисных механизмов", а также формы отчетов.
При выполнении лабораторной работы, в качестве инструмента для исследований, использован графический метод планов исследования механизмов
реализованный на персональном компьютере с помощью комплекса программ
"ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов".
Автор:
А.Л. Сотников, ассистент.
Отв. за выпуск
В.Г. Нечепаев, профессор.
3
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1 Лабораторная работа
"Кинематический анализ кулисных механизмов" ............................ 5
1.1 Основные теоретические сведения ....................................... 5
1.2 Основы работы с комплексом программ
"ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование
кулисных механизмов " ............................................................... 6
1.2.1 Элементы управления программы ............................ 7
1.3 Порядок выполнения лабораторной работы .......................10
2 Контрольные вопросы........................................................................13
Литература .............................................................................................14
4
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
"КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КУЛИСНЫХ МЕХАНИЗМОВ"
Цель работы:
- изучение графического метода планов кинематического исследования
кулисных механизмов с помощью вычислительной техники;
- построение планов скоростей и ускорений для заданного положения кулисного механизм;
- определение линейных скоростей и ускорений точек механизма и угловых скоростей и ускорений звеньев механизма.
Работа выполняется с использованием комплекса программ "ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов ".
1.1 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Целью кинематического исследования является определение кинематических характеристик точек и звеньев механизма.
Задачи кинематического исследования:
1) определение положений звеньев и траекторий отдельных точек;
2) определение линейных скоростей и ускорений точек механизма;
3) определение угловых скоростей и ускорений звеньев механизма.
При кинематическом исследовании определяют законы движения звеньев
механизма в зависимости от законов движения его начальных звеньев.
Графическое исследование стержневых механизмов методом планов
получило наиболее широкое распространение. Достоинством метода является
простота и наглядность получения решения. Недостаток - невозможность получения решения задачи с любой наперед заданной точностью. При современном
уровне развития вычислительной техники графические методы дают достаточную для инженерных расчетов точность.
Графический метод планов заключается в построении планов механизма,
планов скоростей и планов ускорений с целью определения траекторий точек
звеньев механизма, их скоростей и ускорений, а также определения угловых
перемещений, угловых скоростей и угловых ускорений звеньев.
Планом механизма называется графическое изображение взаимного расположения звеньев механизма, соответствующее выбранному моменту времени
(или соответствующее заданному положению начального звена механизма).
Для построения траектории любой точки механизма строится ряд следующих друг за другом положений механизма и полученные положения заданной
точки соединяют плавной кривой. По траектории точки механизма можно определить также ее перемещение.
Планом скоростей (ускорений) механизма называется фигура, на которой
абсолютные скорости (ускорения) всех точек механизма изображаются отрезками, проведенными из одной произвольно выбранной точки - полюса плана
скоростей (ускорений).
5
На основании анализа планов скоростей и ускорений можно сформулировать следующие свойства планов скоростей и ускорений:
1. Полные абсолютные скорости (ускорения) точек механизма изображаются отрезками, выходящими из полюса плана скоростей (ускорений). Полные
относительные скорости (ускорения) не начинаются в полюсах.
2. Точки механизма, абсолютные скорости (ускорения) которых равны нулю, изображаются в полюсе плана скоростей (ускорений).
3. Неизменяемой фигуре на плане механизма (звену) на плане скоростей
(ускорений) соответствует фигура подобная и сходственно расположенная.
4. Имея планы механизма, скоростей и ускорений можно определить:
а) абсолютные скорости и ускорения любой точки механизма по модулю и
направлению, соединив полюс с изображением этой точки на планах скоростей
и ускорений;
б) относительные скорости и ускорения любых точек механизма по модулю и направлению, соединив изображения соответствующих точек на планах;
в) угловые скорости и ускорения любых звеньев механизма по модулю и
направлению;
г) характер движения любого звена или точки механизма (замедленное или
ускоренное);
д) положение касательной и нормали к траектории любой точки механизма;
е) радиус и центр кривизны траектории любой точки механизма;
ж) положение мгновенного центра скоростей (ускорений) любого звена
механизма.
Кулисные механизмы получили широкое распространение в машиностроительной и особенно в станкостроительной промышленности (привод резцовой головки строгального или долбежного станка, привод загребающей лапы
погрузочной машины и т.д.).
Кулиса – это подвижное звено, которое служит одновременно направляющей для ползуна, часто называемого кулисным камнем. Кулиса может совершать
различные
движения:
возвратно-вращательное,
возвратнопоступательное.
1.2 ОСНОВЫ РАБОТЫ С КОМПЛЕКСОМ ПРОГРАММ
"ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование
кулисных механизмов"
Комплекс программ "ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов" состоит из четырех независимых программ расчета и моделирования кулисных механизмов:
− механизма вертикального пресса;
− механизма долбежного станка;
− механизма брикетировочного автомата;
− механизма строгального станка.
6
Каждая из программ позволяет выполнять:
− редактирование параметров кинематической схемы исследуемого механизма;
− анимацию движения исследуемого механизма;
− построение плана скоростей для заданного положения механизма;
− построение плана ускорений для заданного положения механизма;
− структурный анализ механизма;
− силовой анализ механизма для заданного положения.
Результаты расчета выводятся на экран в табличном и графическом виде, а
также предоставляется возможность распечатать на принтере.
Дистрибутив комплекса программ "ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов", включая данную инструкцию,
размещены в Интернете на сервере научно-исследовательской части кафедры
"Основы проектирования машин", для свободного использования:
http://m-lab.donntu.edu.ua/computersystem/
1.2.1 ЭЛЕМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОГРАММЫ
На рисунке 1 приведен внешний вид рабочего окна программы расчета и
моделирования механизма брикетировочного автомата. Элементы управления и
поля ввода данных имеют названия, объясняющие их назначение.
Кинематическая схема механизма в заданном положении
2
1
3
Исходные данные
4
План скоростей для заданного положения механизма
5
Н
6
Результаты расчета
Х
Рисунок 1 − Внешний вид рабочего окна программы
7
Рисунок 2 − Результаты расчета скоростей механизма в табличном виде
для 12 положений механизма
В левом углу рабочего окна программы показана кинематическая схема
кулисного механизма, для которого ведется кинематический расчет. Справа и
сверху, в верхнем правом углу расположены поля ввода исходных данных,
кнопки управления динамическим моделированием и задания положения механизма, таблица результатов расчета скоростей и ускорений механизма.
Исходные данные для кинематического анализа механизма:
na (
об
) − частота вращения кривошипа 1;
мин
k − коэффициент изменения средней скорости ползуна 5;
λ=
lcd
− отношение длин звеньев: шатуна 4 и кулисы 3;
lo 2c
lo1o2 (мм) − расстояние между опорами О1 и О2;
Н (мм) − ход ползуна 5;
Х (мм) − расстояние от опоры О1 до направляющей ползуна 5;
ϕ* (град) − угол поворота кривошипа 1, откладываемый от начального положения механизма в направлении вращения (по часовой стрелке). За начальное положение кривошипа принимается положение, соответствующее положению выходного звена в верхней крайней точке, за исключением механизма
строгального станка, где движение выходного звена начинается с правой крайней точки. Задать начальное или конечное положение механизма можно с помощью одноименных кнопок, расположенных в правом верхнем углу рабочего
8
окна программы (рисунок 1).
Расчет по введенным исходным данным выполняется автоматически. Результаты кинематического расчета выводятся в главном окне программы, страница "Механизм" и на страницах "Скорости" и "Ускорения".
На странице "Механизм", рисунок 1, строится векторный план скоростей
для заданного положения механизма, и выводятся абсолютные значения скоростей. Сопоставление обозначений, значений и направлений векторов скоростей
осуществляется по цвету. Вывод на экран плана ускорений осуществляется
аналогично, после выбора закладки "Ускорения". Возврат к плану скоростей −
закладка "Скорости".
На рисунках 2 и 3 показаны соответственно страницы главного окна программы "Скорости" и "Ускорения".
На данных страницах приведены результаты кинематического расчета для
12 положений кулисного механизма. Результаты представлены в табличном виде, двумя значениями: действительным и в миллиметрах чертежа. На странице
"Скорости" приведены также значения длин всех звеньев механизма.
Для получения в таблицах значений длин звеньев, скоростей и ускорений
механизма в миллиметрах чертежа, соответствующих графическим построениям, необходимо ввести принятые в работе масштабные коэффициенты: µl  м  ,
µv
 м с


 мм 
, µa
 мм 
м с

 мм

2




.
Рисунок 3 − Результаты расчета ускорений механизма в табличном виде
для 12 положений механизма
9
1.3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Лабораторная работа выполняется в три этапа:
Этап 1 − Подготовка и ввод исходных данных для кинематического расчета кулисного механизма.
Этап 2 − Кинематический расчет механизма, выполняется в компьютерном
классе с помощью комплекса программ "ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов".
− Запускается программа "ТММ. Кинематическое и кинетостатическое исследование кулисных механизмов".
− Вводятся исходные данные.
− Выполняется исследование кулисного механизма: рассматривается характер движения звеньев механизма поворотом ведущего звена на несколько
оборотов с помощью кнопки "Пуск". Остановка анимации механизма выполняется повторным нажатием кнопки "Пуск".
− Для заданного положения механизма (углом поворота кривошипа − ϕ*, в
соответствии с заданием) в протокол отчета по лабораторной работе переносится кинематическая схема механизма, план скоростей, план ускорений и значения всех кинематических параметров.
− По планам скоростей и ускорений выполняется исследование характера
изменения направлений и значений скоростей (ускорений) точек механизма при
его анимационном моделировании. Для изображения векторов скоростей или
ускорений соответствующих точек механизма на плане механизма, в том числе
и при его анимационном моделировании, необходимо отметить опцию "Векторы на механизме" в правом верхнем углу окна программы. Переход от скоростей к ускорениям и наоборот осуществляется выбором соответствующей закладки в нижнем правом углу рабочего окна программы.
В протоколе отчета по лабораторной работе заполняется таблица 1, в которой отмечается знаками "+" или "–", соответственно ускоренное или замедленное движение совершает точка В3 кулисы механизма в заданном положении,
определяемом углом поворота кривошипа 0° до 360°, с шагом 30°.
Примечание. Точка В3 движется ускоренно ("+"), если ее тангенциальное
ускорение (ab3t) и скорость (Vb3) совпадают по направлению, и наоборот, точка В3 движется замедленно ("–"), если ее тангенциальное ускорение (ab3t) и
скорость (Vb3) не совпадают по направлению.
Если тангенциальное ускорение точки В3 в течение некоторого времени
равно нулю, то тогда можно говорить, что точка двигалась равномерно в течение этого промежутка времени.
Этап 3 − Сопоставление результатов графического и аналитического расчета кулисного механизма. В протоколе отчета по лабораторной работе заполняется таблица 2.
10
ПРОТОКОЛ
отчета по лабораторной работе по ТММ №3
"КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КУЛИСНЫХ МЕХАНИЗМОВ"
Студент________________________ группа____________
Название механизма:
____________________
____________________
____________________
Исходные данные:
(об/мин);
na =
;
k=
λ=
Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма
lcd
=
lo 2c
lo1o2 =
Н=
Х=
ϕ* =
;
(мм);
(мм);
(мм);
(град).
Рисунок 2 − План скоростей
Рисунок 3 − План ускорений
Значения кинематических параметров, полученных аналитически:
м/c; Vfe=
м/c; аb1,2=
м/c2; аfen=
м/c2;
Vb1,2=
акор=
м/c2; аfeτ=
м/c2;
аb2b3=
м/c2; afe=
м/c2;
аb3n=
м/c2; af5=
м/c2;
м/c2; ε3=
рад/с2;
аb3=
м/c2; ε4=
рад/с2.
ae3=
м/c2;
Vb2b3=
м/c;
Vf5=
м/c;
Vb3=
м/c; ω3=
рад/c;
Ve3=
м/c;
τ
рад/с. аb3 =
ω4=
11
0°
Таблица 1 – Характер движения точки В3 кулисы механизма
30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°
Знак "+", если точка движется ускоренно;
Знак "–", если точка движется замедленно.
Таблица 2 − Результаты графического и аналитического расчета
скоростей и ускорений кулисного механизма в заданном положении
Способ расчета
Расхождение,
Параметр
на персональном
в ручную
∆, %
компьютере
Vb1, м/c
Vb2b3, м/c
Vb3, м/c
аb1,м/c2
акор, м/c2
аb2b3,м/c2
аb3, м/c2
ω3, рад/с
ε3, рад/с2
Расхождение не должно превышать 5%.
12
2 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Назовите цели и задачи кинематического исследования механизмов?
Назовите методы кинематического анализа механизмов?
Перечислите свойства планов скоростей и планов ускорений?
Что такое масштабный коэффициент, и в каких единицах измерения он
выражается?
Что такое план механизма?
Что такое план скоростей?
Что такое план ускорений?
Чем отличаются кулисные механизмы от других типов механизмов?
Как строится траектория движения любой точки методов планов?
13
ЛИТЕРАТУРА
1. Теория механизмов и машин. Учебник для вузов. Под редакцией К.В.
Фролова. – М.: Высшая школа., 1987. – 496 с.
14
Методические указания к выполнению лабораторной работы №3
по курсу "Теория механизмов и машин"
"Кинематический анализ кулисных механизмов"
Составитель: Сотников Алексей Леонидович ассистент
Формат 60х84 1/12. Ус. печ. л. 0,8. Тираж 50 экз.
Адрес: 83000, Украина, г. Донецк, ул. Артема, 58, ДонНТУ
15
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа