Проектирование кривошипно-коромыслового механизма по коэффициенту изменения средней скорости


BB”/DD” = CB”/CD” - отсюда - BB”=0.26*0.47/0.7=0.174 м.

Θ=180(Kw-1)/(Kw+1)=36 град.

Известно: DC=0.7 м. , H=0.26 м. , OC=0.4 м.

По условиям определяется: CB=DC/1.5=0.47 м.

CS3=0.5*DC=0.4 м.

Из рисунка определяется: loa=(lob-lob)/2=7 мм.

Lob=(lob+lob)/2=18 мм.

В итоге: OA=0.07 м.

BA=0.18 м.

AS2=0.5*BA=0.09 м.
































Построение планов скоростей точек механизма:

Механизм рассматривается в 12-ти различных положениях, для каждаго из которых строится отдельный план. Скорость точки А постоянна и принимается за некоторую константу.

Аналоги скоростей


На основе плана возможных скоростей вычисляем аналоги скоростей Vqs2 , Vqs3 , Vqs5 точек S2 , S3 и S5 соответственно для каждого положения кривошипа. Аналог скорости вычисляем по формуле:


Vqsi=loa*PVsi/PVa


где loa = 0.07 м – длина кривошипа;PVa=31.5 мм – длина отрезка на плане возможных скоростей, изображающего скорость точки А.

Результаты расчетов заносим в таблицу.




1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Vqs2


.043

.055

.066

.07

.059

0

-.043

-.08

-.082

-.059

0

.04

Vqs3


.023

.04

.048

.052

.039

0

-.027

-.057

-.077

-.036

0

.02

Vqs5


.059

.079

.096

.104

.077

0

-.08

-.171

-.144

-.07

0

.04






U21=(loa/ls2a)(PVs2a /PVa) ls2a=0.09 м

U31=(loa/lcs3)(PVs3/PVcs3) lcs3=0.35 м


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

U21

.419

.333

.187

.016

.172

0

-.53

-.59

-.34

-.12

0

.379

U31

.085

.115

.146

.151

.112

0

-.08

-.17

-.24

-.1

0

.055





Далее на листе по результатам расчетов строим графики Vqs2(1) , Vqs3(1) , Vqs5(1), U21(1), U31(1) с учетом знака. Масштаб v=211 мм/м, U =50 мм.



Приведённые моменты инерции звеньев

Приведенный момент инерции второй группы звеньев JII ПР есть сумма приведенных моментов инерции шатуна 2 (J2 ПР), коромысла 3 (J3 ПР), и тележки 5 (J 5ПР):


JII ПР=( J2 ПР+ J3 ПР+ J 5ПР)


Так как шатун 2 совершает поступательное и вращательное движение, то его приведенный момент инерции будет вычисляться по формуле:


Js2 ПР= m2*Vqs2*Vqs2+J25*U21*U21


Приведенный момент инерции поступательного движения 5-ого звена вычисляется по формуле:


Js5 ПР=m5* Vqs52



Приведенный момент инерции вращательного движения 3-ого звена вычисляется по формуле:


Js3ПР= JS3* U31 2



Результаты расчетов заносим в таблицу.


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Js2

.139

.105

.037

.044

.052

0

.217

.298

.406

.042

0

.116

Js3

.007

.012

.191

.02

.011

0

.006

.024

.043

.009

0

.003

Js5

.263

.468

.469

.67

.813

0

.485

2.19

1.55

.367

0

.114

JII

.408

.585

.947

.876

.507

0

.703

2.52

2

.412

0

.232


По таблицам строим графики Js2 ПР(1), Js3 ПР(1), Js5 ПР(1), JII ПР(1) в масштабе J=50.15 мм/кгм2.






Приведенные моменты сил сопротивления


Силы тяжести шатуна и коромысла G2 и G3 направлены вертикально вниз.

Сила трения равна:180 H.

Сила резания равна:1800 H.

Приведенный момент сил тяжести вычисляется по формуле:

MGiпр=Gi Vqsicos i;

где i - угол между силой тяжести i-того звена и скоростью его центра масс .

MF=F*Vqs5 , где F на рабочем ходу Δφрез равна Pрез +Fтр , а на остальном участке F=Fтр

Результаты расчетов заносим в таблицу:





Φ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

MG2

-3.42

-2.84

-1.84

.33

1.816

0

-2.88

-2.7

-2.28

-.046

0

-3.36

MG3

-.931

-1.05

-.502

1.36

2.03

0

1.41

2.08

-1.61

-1.5

0

-.79

MF

-117

-156

-190

-206

-152

-13.9

0

-14.5

-30.8

-25.9

-12.6

0

-7.02

-77.22



Суммарный момент сил сопротивления будет равен:


MCпр = MFпр + MG2пр + MG3пр


На листе графики MG2пр(1), MG3пр(1), MFпр(1) не строим, а строим сразу график MСпр(1).


φ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

MC

-122

-160

-191

-204

-148.6

-10

0

-15.9

-31.4

-29.8

-14.8

0

-11.44

-81.64



Масштаб по оси ординат М=0.67 мм/(Нм). Масштаб по оси абсцисс равен =19.1 мм/рад.

Приведенный момент движущих сил MДПР(1)=const определяем из условия, что при установившемся движении АД=АС за цикл; АС пропорциональна алгебраической сумме площадей fC (в квадратных миллиметрах) под кривой MСПР(1). Тогда


MДПР(1) = fC/M2 = 6477.19/0.67*19.1*2*3.14 = 80.597 Нм


График суммарного приведенного момента MПР(1*) строим, складывая с учетом знака ординаты графиков MДПР(1) и MСПР(1).


Суммарная работа и полная кинетическая энергия


Суммарная работа A(1) всех сил равна работе MПР(1) и вычисляется как интеграл от MПР(1). График A(1) строим методом графического интегрирования графика MПР(1) выбрав отрезок интегрирования К=70 мм. В результате построений получаем работу А=0. Масштаб графика A(1) по оси ординат равен:


A=M/К=0.6719.1/70=0.183 мм/Дж. (все значения в таблице отрицательные)




Φ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

AΣ

21.85

51.9

109

175

213

175

139

109

82

43.7

5.46

0


График кинетической энергии TII(1) (приближенный) второй группы звеньев получим по формуле:

TII=JII*ωср* ωср/2=10.125*JII , так как ωср=4.7 рад./с.


Масштаб графика TII(φ1) равен =3.3 мм*с*с/(кг*м*м).

φ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

TII

4.31

5.92

9.576

8.868

5.135

0

7.119

25.5

20.3

4.23

0

2.35



График кинетической энергии TI (1*) I группы звеньев (приближенный) строим по уравнению:


TI = AΣTII.

Yw1cp=1ср*μw=4,7*167,93=789,3мм

=a J1пр *1ср =0,183*4,7*195,25=167,93 мм*c/рад

Tн=JEпр**1ср*1ср =2161,042 мм


Необходимый момент инерции маховых масс

Габаритные размеры и масса маховика


Необходимый момент инерции JIпр, который обеспечивает колебания угловой скорости главного вала 1 в пределах, заданных коэффициентом неравномерности , подсчитывается по формуле:


JIпр = (TI)нб / (1ср2)



где (TI)нб – наибольшее изменение кинетической энергии I группы звеньев за цикл.


JIпр = 215,65 / (4,7*4,7*0.05) = 195,25 кгм2


В I группу звеньев кроме начального звена входят еще и ротор электродвигателя и планетарный редуктор.

Приведенный момент инерции ротора электродвигателя равен:


Jротпр = GD рот2U2/40 = 0.18322/40 = 4.68кгм2


Приведенный момент инерции редуктора равен:


Jредпр = GDред2/10 = 205/10=20.5 кгм2


Так как сумма приведенных моментов инерции ротора и редуктора меньше необходимого момента инерции JIпр , то в состав первой группы звеньев необходимо вводить дополнительную маховую массу (маховик), момент инерции которой


Jдоп = JIпр - Jротпр - JредпрJ1A= 195,25 – 4,68 – 20.5 –0,7 = 170 кгм2


Момент инерции маховика получился достаточно велик, и, как следствие, достаточно велик диаметр (D = 0.366 (Jдоп)1/5 =1,023 м), то имеет смысл установить маховую массу на быстроходной ступени. В этом случае


Jдоп = Jдоп / U2 = 170 / 322 = 0,166 кгм2


Выбираем маховик в форме сплошного диска, т.к. эта конструкция более проста в изготовлении.

Диаметр маховика D = 0.366 (Jдоп)1/5 = 0.256 м

Ширина диска b = 0.2 D = 0.2 0,256 = 0.0511 м

Масса маховика m = 1230 D3 = 1230 (0.256)3 = 20.636 кг.



Выбор электродвигателя


Работа сил сопротивления за цикл: Pрез постоянна на части рабочего хода длиной lg , Fтр постоянна при рабочем и холостом ходах:


Aсц = Pрез * lg + Fтр *2H = 1800 * 0.235 + 180 * 2 * 0.26 = 516,6 Дж


Средняя мощность рабочей машины есть:


Pср = Aсц* n1 /60 т= 516,6* 45/60 =387,45 Вт =0,387 кВт


Чтобы определить необходимую мощность электродвигателя, рассчитаем КПД привода. КПД всего привода представляет собой произведение КПД отдельных элементов. В привод входят: зубчатая передача, однорядный планетарный редуктор, ременная передача. зп = 0.98, пр = 0.95, рп = 0.96.


= зп * пр * пп= 0,96*0,93*0,96*0,96 = 0,82


Тогда необходимая мощность электродвигателя будет:


Pдв Pср / = 0,387 / 0,82 = 0,472 кВт.


По справочнику выбираем асинхронный трёхфазный двигатель серии 4А со стандартным скольжением. С учётом того, что номинальная частота двигателя nдв нам дана по условию и равна 1420 об/мин – тип двигателя 4А80А4У3, его номинальная мощность Pдв =1,1 кВт, синхронная частота вращения nдв =1500 об/мин, номинальна частота вращения nдв = 1420 об/мин,

Λп=2,0 , Λк=2,2 , маховай момент ротора MD*D=0,0129 кг*м*м

Рассчитаем угловую скорость и момент, снимаемый с вала двигателя при номинальной мощности, приведенные параметры электродвигателя:

двном = nдв/30 = 1420 / 30 = 148,62 рад/с

Mдвном = Pдв / двном = 1100/148,62 = 7,4 Нм


Синхронная угловая скорость звена приведения

= двс / U = 1500 / (30 32) = 4,9 рад/с


Номинальная угловая скорость звена приведения:

1ном = двном / U = 148,62 / 32 = 4,64рад/с


Приведенный номинальный движущий момент:

Mд номпр = Mдвном U = 7,4 * 32*0,82 = 195 Нм


Пусковой момент:

Mд пуск=п *Mдвном = 2,0 *7,4 = 14,802 Нм


Максимальный момент:

Mд мах=к *Mдвном = 2,2 *7,4 = 16,28 Нм



Приведенный пусковой момент:

Mпуспр = п Mд номпр = 2,0 * 195 = 390 Нм


Приведенный критический момент

Mmaxпр = к Mд номпр = 2.2 *195= 429 Нм.


Среднее значение приведенного движущего момента

Mд српр = Aсц / =516,6/ 2 = 82,26 Нм


Момент инерции ротора Jрот=0,25*MD*D=0,003225 кг*м*м


Строится график механической характеристики nдв(Mпр.д).


Mд номпр/, Mд српр = ( - 1ном )/( - 1ср) ; 1ср = 4.7 рад/с


1max = 1ср (1 + /2) = 4,817рад/с

1min = 1max - *1ср = 4,58рад/с


Т.к. 1max < , то двигатель выбран правильно.










Силовой расчет механизма.


Исходные данные


Угловая координата кривошипа 1 = 90

Угловая скорость кривошипа 1 = 4.7 рад/с

Угловое ускорение 1 = (Mпр / Jпр) – (12 /2 Jпр)(d Jпр/d);


где Mпр = -160 Нм; Jпр = JIпр + JIIпр = 195,83 кгм2;

Тогда 1 = -0,84 рад/с2

Сила сопротивления, действующая на звено 5 Fс = 1980 Н

Силы тяжести G5 = 750 Н, G2 = 90 Н, G3 = 300 Н


Для определения скоростей и ускорений звеньев механизма и их центров тяжести строим планы скоростей и ускорений

v = 200 мм/мс-1

VA = 1lоа = 4,7*0,07 = 0,329 м/с

VB = pb/v = 53/200 = 0,265 м/с

VBA = ba/v = 55/200 = 0,275м/с

Vs3 = ps3/v =40/200 =0,2 м/с

VS2 = ps2/v = 53/200 =0,265 м/с

Vd4=pd4/v =80/200=0,4 м/c

Vd5=pd5/v =79/200=0,395м/c

Vd4d5=pd4d5/v= 4/200=0,02м/c


1 =4,757 –для нашего положения (определяется из графика)

aA= aAn + aA

aAn = 12 loa = 4,7572 0.07 = 1,584 м/с2

aA = 1 loa = -0,84 м/с2

aBA= aBAn + aBA

aBAn = 22 lab = 1,5282 0.18 = 0.42 м/с2


Перпендикулярно положению кривошипа откладываем отрезок, обозначающий aA = 84 мм. Затем строим план ускорений. Из плана ускорений находим:

a = 100 мм/мс-2

aВА = 0,97 м/с2

aВ = 0,59 м/с2

aS2 =1,085 м/с2

aS3 = 0,46 м/с2

aS5 = 0,89 м/с2

2 = aВА/ lab = 5,39 рад/с2

3 = ad4/ cd = 1,318 рад/с2



Определение главных векторов и главных моментов сил инерции


Главные векторы сил инерции:

Ф2 = m2 aS2 = 9,765 Н

Ф3 = m3 aS3 = 14,1 Н

Ф5 = m5 aS5 = 66,75 Н

Главные моменты сил инерции:

Мф2 = IS2 2 = 0,7 5,39 = 3,77 Нм

Мф3 = IS3 3 = 0,9 1,318 = 1,187 Нм



Силовой расчет группы звеньев 4-5


Вначале рассмотрим звено 4

Векторное уравнение сил


F(4) = 0; F45 + F43 = 0


Из этого уравнения следует, что F45 = - F43 и приложена в точке D4 к звену 4

Векторное уравнение сил для группы звеньев 4-5 дает возможность графически определить значения сил F43 и F56


F(4-5) = 0; Ф5 + G5 + F56 + F43 + Fc = 0


Строим план сил в масштабе F = 0.01 мм/Н и находим


F43 = 2046,75 Н, F56 = 750 Н


Для определения реактивного момента в поступательной паре D составим уравнение моментов для группы звеньев 4-5 относительно точки S5:


MS5(4-5) = -M56 - F43 hSF43 –Fc*LP= 0 M56 = 168,9

hSF4 = 0,005 м

lp=0,08 м


Силовой расчет группы звеньев 2-3



MВ(3) = 0

F34 hBF34 + MФ3 - G3 hBG3 – Ф3 hBФ3 + F36 hBF36 = 0

F36 = 467,32Н

MВ(3) = 0

- MФ2 + G2 hBG2 – Ф2 hBФ2 + F21 AB = 0 F21 =-15,93


Строим план сил в масштабе равном 0,05 мм/Н

Находим силу F21=2670 H


Силовой расчет начального звена 1


MO1(1) = 0;

F12 hOF12MД = 0

MД = F12 hO1F12 = 2670 0.055 = 146,85 Нм


Сравнивая движущий момент, определенный в силовом расчета, с движущим моментом, найденным на первом листе, найдем оценку точности:


MД = [(MД2 - MД1) / MД1] 100 = [(164,4 – 146,85) / 146,85] 100

= 9,46


Случайные файлы

Файл
23377.rtf
30849-1.rtf
83493.rtf
73108.rtf
176298.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.