1 лаба меха. Лабораторная работа 1 структурный анализ сложных механизмов

• Название: Лабораторная работа 1 структурный анализ сложных механизмов
• Дата: 28.10.2022
• Размер: 2.63 Mb.
• Имя файла: 1 лаба меха.docx
• Тип: Лабораторная работа; #759919

1. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

Лабораторная работа № 1

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ.

Цель и задачи работы: изучение основных положений и принципов структурного анализа плоских механизмов; знакомство с правилами составления структурных схем механизмов, с условными обозначениями их элементов по ГОСТ-2.770-68, с классификацией механизмов по принципам Ассура; проведение структурного анализа для заданного сложного механизма.

1. Основные положения и понятия структурного анализа механизмов.

Структура S- совокупность элементов М и отношений Rмежду ними внутри системы S=(M,R). Элемент системы при проектировании рассматривается как одно целое, хотя он может иметь различную степень сложности. Элементами механических систем являются детали, звенья, группы, типовые механизмы. Если при рассмотрении элемента не принимается во внимание его форма и внутреннее строение, а рассматривается только выполняемая им функция, то такой элемент называется функциональным.

Расположения - такие отношения между элементами, которые описывают их геометрические относительные положения. Связи - отношения между элементами, предназначенные для передачи материала, энергии или информации между элементами. Связи могут осуществляться с помощью различных физических средств: механических соединений, жидкостей, электромагнитных или других полей, упругих элементов.

Механизм — система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других твердых тел. Механизм — основа любой машины. Существует огромное множество механизмов различных типов, отличающихся назначением, строением, способом передачи движения, принципом действия и многими другими признаками. Типовыми называются простейшие механизмы, для которых разработаны стандартные алгоритмы анализа. К типовым относятся такие механизмы, как трехзвенная зубчатая передача (ЗП), четырехзвенный рычажный механизм (РМ) , четырехзвенный кривошипно-ползунный механизм (КПМ) , четырехзвенный кулисный механизм (рис. 1, в), двух- или трехзвенный кулачковый механизм (КМ) и др. Разбиение механизма на типовые позволяет получить его функциональную схему — графическое изображение механизма, показывающее его функциональные элементы и отношения между ними. Соединение элементов в функциональной схеме может быть последовательным (рис. 2, а), параллельным (рис. 2, б ), и последовательно-параллельным Рисунок 1.

1.2. Структурный анализ механизмов.

Задачи структурного анализа. Анализ структурных схем механизмов позволяет определить типовые механизмы системы и связи между ними, входные и выходные звенья, количество звеньев, число и класс кинематических пар, соединяющих их в кинематические цепи, и дать сравнительную характеристику механизмам, выполняющим одни и те же функции, еще на этапе выбора их структуры.


Структурная группа Ассура— кинематическая цепь, которая состоит из подвижных звеньев, соединенных между собой низшими одноподвижными КП, и имеет число подвижностей группы (на плоскости), равное нулю. Кинематическая цепь — это звенья, соединенные кинематическими парами. Различают замкнутые, незамкнутые и сложные кинематические цепи.

3. Классификация рычажных механизмов по принципам Ассура.

Для плоских механизмов с низшими КП Ассуром Л.В. была разработана система классификации, в которой механизмы состоят из первичных механизмов и структурных групп Ассура. Первичным механизмом (рис. 5) называют механизм, состоящий из двух звеньев: 1,0 (одно из них неподвижное — стойка), которые образуют одноподвижную пару (вращательную - рис. 5, а) или поступательную - рис. 5, б).

Простейшая структурная единица — монада — состоит из одного звена с элементами кинематических пар. Две модификации плоской монады отличаются видом кинематической пары 5-го класса, которая может быть вращательной (рис. 6, а) или поступательной (рис. 6, б).
Звено группы Ассура, входящее в две кинематические пары, одна из которых имеет свободный элемент звена (таблица 1.2, пунктирные линии), называется поводком. При синтезе механизма группа присоединяется поводками к звеньям исходного механизма. Если поводки группы присоединить свободными элементами КП к стойке, то образу ется плоская статически определимая ферма q_гр^пл и



Из выражения (1.4) получают соотношение между числом звеньев и числом КП для групп Асура n_гр= (2/3)·р_гр. При решении этого уравнения в целых числах определяют параметры групп Ассура: 1-го класса 2-ого порядка — n_гр= 2, p_гр = 3 (двухповодковые группы); 1-го класса 3-ого порядка — n_гр = 4, p_гр=6 (трехповодковые группы) и т.п.

Сложная группа Ассура не может быть образована комбинацией простых групп более низкого класса или порядка. Некоторые примеры групп Ассура 1-го класса 2-го и 3-го порядков приведены в табл.2.2.

Лабораторная работа № 2.1

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЧЕТЫРЕХЗВЕННЫХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Цель работы:

Для заданной схемы механизма на рабочем перемещении выходного звена выбрать размеры звеньев l₁ и l₂ начальную координату , обеспечивающие наилучшее совпадение функции положения (ФП) механизма с заданной ФП.

Задачи:

1. Привести задачу синтеза по ФП к задаче синтеза по трем положениям.

2. Осуществить на эвм кинематический синтез механизма и определить l₁, l₂ и .

3. Оценить экспериментально точность воспроизведения заданной ФП моделью синтезированного механизма.
1. Общие положения

Передаточный механизм необходим для преобразования заданного движения входного звена 1 в требуемое движение выходного 3. При этом координаты выходного звена или S_cв зависимости от координаты входного определяются функцией положения механизма

Первую производную от этого выражения по обобщенной координате называют первой кинематической передаточной функцией и обозначают:

для углового перемещения



для линейного



Задача кинематического синтеза для заданной или выбранной схемы механизма: определить размеры его звеньев, обеспечивающие на рабочем и

перемещении выходного звена  или наилучшее приближение его функции положения к заданной. Рассмотрим это на примере. Допустим, задана линейная функция положения


где u₃₁— const, и предложено реализовать ее четырех шарнирным механизмом.

Функция положения этого механизма нелинейная и за цикл движения может быть описана графиком, изображенным на рис. 2.1.

Рисунок 2.1.
На участках , эта функция приближается к линейной (на участке и на следовательно, с определенной точностью можно решить поставленную задачу. Задача синтеза сводится к определению размеров звеньев механизма l₁ и l₂ начальной координаты , обеспечивающих наилучшее приближение функции положения механизма к заданной линейной функции.

2. Приведение задачи синтеза механизма по ФП к задаче синтеза по
трем положениям.

По исходным данным построим график заданной ФП (рис.2. 2). Так как , то


откуда определим перемещение входного звена соответствующее рабочему перемещению выходного звена . Заданная ФП будет диагональю прямоугольника abсd(при - диагональ ас, при - bd). Положим , тогда начальная координата больше конечной и соответствует ординате т. b. Если , то _3n> ₃₀ и ₃₀ соответствует ордината т. а (см. рис. 2.2. ФП - пунктирная линия).


Рисунок 2.2.
Для описания рабочего участка ФП разобьем отрезок bdна три равные части (точки е, f, q),выбрав первую точку е случайным образом , и определим ординаты этих точек , а также приращения абсциссы Углы ₃₁ , ₃₂ и определяют некоторые три положения выходного звена на рабочем участке, а приращения углов - углы поворота входного звена при переходе звена 3 соответственно из положения 1 (т. e) в 2 (т. f)и из 1 в 3 (т. q). Эти величины в совокупности с размерами l₃ и l₄ (или е) позволяют свести задачу синтеза механизма по заданной ФП к известной задаче синтеза механизма по трем положениям.

Модель шарнирного четырехзвенника (рис. 2.5) состоит из основания 6, на котором установлены две стойки. Левая стойка с шарниром А закреплена неподвижно, а правая с шарниром Dможет перемещаться по горизонтали по направляющим и фиксироваться в положении с заданным размером 1_АВ= l₄. Размер l₄ измеряется по шкале, размещенной на основании. Рычаги 1, 2„ и 3 механизма имеют переменную длину, которая может изменяться в следующих пределах: 30 мм l₁ 180 мм, 110 мм l₂ 200 мм, 30 мм l₃ 180 мм. Размеры звеньев измеряются по шкалам, размещенным на рычагах. Для измерения угловых координат звена 3 - и звена 1 - на стойках у шарниров А и Dразмещены угловые шкалы 4 и 5.



Рисунок 2.5.

Модель кривошипно-ползунного механизма (рис.2.6) состоит из основания 6, на котором установлены две стойки: на левой на шарнире А размещено звено 1, на правой - пластина 5. Ползун 3 перемещается по горизонтали в пазу пластины 5. Пластину 5 вращением винта 4 можно перемещать по вертикали и фиксировать в положении с заданным эксцентриситетом е.



Рисунок 2.6.

Величина эксцентриситета измеряется по шкале, размещенной на правой стойке. Размеры звеньев 1 и 2 могут регулироваться в пределах 25 мм l₁ 65 мм и 110мм l₂ 200мм, а эксцентриситет -30мм l₃ +30мм. Угловая координата кривошипа измеряется по шкале 7. Перемещение S_C3 точки С ползуна 3 измеряется по шкале, нанесенной на пластине 4.

3.БАЛАНСИРОВКА ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ

Лабораторная работа № 3.1

СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ

Цель работы — ознакомиться с методом статической балансировки деталей вращения цилиндрической формы.
Краткие теоретические сведения

Под балансировкой понимают уравновешивание механизмов. В результате возможной неуравновешенности быстро вращающихся деталей машин на опорах возникают вредно действующие динамические нагрузки. Для их устранения применяется балансировка, которая заключается в определении массы и мест приложения противовесов.

Различают два вида балансировки: динамическую и статическую. Динамическую балансировку деталей вращения (роторов, турбин, валов, шпинделей и др.) производят на балансировочном станке при сообщении вращения балансируемой детали.

Статическую балансировку производят для деталей, работа которых зависит от выполнения условия статического равновесия, при этом ее центр тяжести лежит на оси вращения. Статическая балансировка заключается в уравновешивании детали одним противовесом в произвольно выбранной плоскости.

Описание лабораторной установки

Установка ТМт 05М предназначена для демонстрации статической балансировки деталей вращения цилиндрической формы.

Установка ТМт 05М (рис.3.1) выполнена в настольном исполнении и состоит из плиты 1, на которой жестко закреплены четыре опоры 2 с регулирующими их высоту винтами 3; двух параллельных призм 4, установленных в горизонтальной плоскости на опорах 2. На боковой поверхности одной из призм нанесена линейная шкала с ценой деления 1 мм и установлен подвижный визир 5. По направляющим граням призм перемещается деталь вращения - ротор 6, представляющий собой деталь цилиндрической формы с 12-ю полостями, закрытыми винтами 7. Ось 8 ротора устанавливается на ребрах призм.

Прядок выполнения работы

Задание 1. Ознакомиться с установкой ТМт 05М:

1. 
   Ознакомиться с основными деталями и узлами установки. Изобразить схему установки ТМт 05М в тетради.
   

1.2. Изучить методику статической балансировки деталей на установке ТМт 05М.

Если центр тяжести детали (ротора), установленной на ребра призм установки ТМт 05М, не совпадает с осью вращения - ротор несбалансирован, т.е. находится в неравновесном состоянии. Под действием момента, создавае­мого силой тяжести, ротор начнет катиться по ребрам призм до тех пор, пока его центр тяжести (точка С) не займет наинизшее положение. Центр тяжести ротора располагается на вертикальной диаметральной прямой АС (рис. 4.2).

Рис.3.1




Рисунок 3.1.

1 - плита; 2 - опора; 3 - регулирующий высоту винт опоры; 4 - призма;

5 - визир; 6 - ротор; 7 - винт ротора; 8 - ось ротора.




3.2-шакл

Чтобы уравновесить ротор, к нему необходимо добавить противовес в какой-либо точке, противоположной точке С. Для увеличения точности отыскания положения центра тяжести, ротор несколько раз поворачивают на 90° в одну и другую сторону. После остановки ротора отмечают положение верхних точек А1 и А2. Точку А находят как среднее положение отметок.

Балансировка с помощью установки ТМт 05М состоит в том, что к ротору в точке А (противоположно центру тяжести) добавляют дробь из комплекта принадлежностей установки. Дробь может насыпаться в любое из 12-ти отверстий ротор, расположение которых совпадает с точкой А.

Иногда, для упрощения эксперимента, вместо дроби в качестве противовеса используют пластилин, который прикрепляют к ротору в точке, противоположной центру тяжести. Вес пластилина обеспечивает равновесие ротора на гранях призмы. После осуществления балансировки, пластилин можно заменить дробью, которую насыпают в соответствующие отверстия ротора.

Задание 2. Произвести статическую балансировку ротора на установке ТМт 05М.

С этой целью необходимо:

Взвесить разбалансированный ротор вместе с осью и замерить его наружный диаметр (рис. 4.З)

G=(кг); D=(мм).

Рисунок 3.3

Проверить по уровню горизонтальное положение призм. С помощью установочных винтов 3 устранить имеющийся наволок.

Осторожно установить ось ротора на горизонтальные призмы установки. После остановки ротора отметить его верхнюю точку на вертикальной диаметральной прямой. Повернуть ротор на 90° вокруг оси и вновь отметить верхнюю точку после остановки ротора. Затем, повернув ротор на 90° в противоположную сторону, еще раз отметить его верхнюю точку. Все три отметки или совпадут, или будут расположены очень близко.

Одновременно с этим контролировать по шкале с помощью визира величину отклонений оси ротора от первоначального устойчивого положения. Величина несимметричности этих отклонений от первоначального положения может дать оценку степени горизонтальности выставленных по уровню призм. При необходимости скорректировать горизонтальность установки призм.

Прикрепляя к верхней точке ротора кусочки пластилина, добиться того, чтобы повернутый на некоторый угол вокруг своей оси ротор оставался в любом положении неподвижным. Это состояние безразличного равновесия ротора означает, что ротор статически сбалансирован.

Аккуратно снять весь пластилин, прикрепленный к ротору, и взвесить его. Записать значение его веса G. Вычислить расстояние от центра тяжести ротора до его оси.

По силе тяжести дополнительного груза Q и расстоянию ОА = D/2, где D - наружный диаметр детали, определяют положение центра тяжести детали вместе с осью, т.е. расстояние



где G - сила тяжести детали вместе с ее осью, определяемая заранее путем взвешивания;

Q - сила тяжести уравновешивающего груза.

Приближенно можно принять ОА равным половине диаметра, тогда



где m_а и т - соответствующие массы, в кг