Кинематическое исследование механизмов. Курсовая Наурзалиев Е.Б. Кинематическое исследование механизмов.. Пояснительная записка Предмет Теоретическая и прикладная механика Тема курсовой работы Кинематическое исследование механизмов Автор работы Наурзалиев Ерлан Бержанович

• Название: Пояснительная записка Предмет Теоретическая и прикладная механика Тема курсовой работы Кинематическое исследование механизмов Автор работы Наурзалиев Ерлан Бержанович
• Анкор: Кинематическое исследование механизмов
• Дата: 17.04.2023
• Размер: 7.31 Mb.
• Имя файла: Курсовая Наурзалиев Е.Б. Кинематическое исследование механизмов..docx
• Тип: Пояснительная записка; #1067183

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана
Центр «Общетехнической подготовки»
Пояснительная записка

Предмет «Теоретическая и прикладная механика»
Тема курсовой работы «Кинематическое исследование механизмов»
Автор работы: Наурзалиев Ерлан Бержанович

(подпись) (Ф.И.О.)
Специальность: 6В07202 – Нефтегазовое дело
Группа: НГД-12(2ж)
Руководитель работы Сарбалина Б.Ж.

(подпись) (Ф.И.О.)
Курсовая работа защищена « » 2022г.
Оценка: ____________________________________

(письменно)
Члены комиссии: Джаналиев Е.М.

(подпись) (Ф.И.О)

Дусенов М.К.

(подпись) (Ф.И.О)

Уральск 2022

СОДЕРЖАНИЕ:
Введение…………………………………………………………………………………………………..3

1. 
   Раздел 1 «Кинематическое исследование простого кривошипно-шатунного механизма»……………….4
   
   1. 
      Построение плана механизма…………………………………………………………………………...4
      
   2. 
      Построение диаграммы перемещения ползуна……………………………………………………..…5
      
   3. 
      Построение плана механизма при φ= 45⁰ ……………………………………………...………………6
      
   4. 
      Построение планов скоростей ……………………………………………………………………….…7
      
   5. 
      Построение планов ускорений …………………………………………………………………………9
      
2. 
   Раздел 2 «Кинематическое исследование сложного кривошипно-шатунного механизма……………12
   

2.1. Построение плана механизма …………………………………………………………………………12

2.2. Построение диаграммы перемещения штока ………………………………………………………..14

2.3. Построение плана механизма при φ= 45⁰ ……………………………………………………………..14

2.4. Построение планов скоростей ……………………………………………………………..………….15

2.5. Построение планов ускорений ………………………………………………………………………...16

Заключение.................................................................................................................................17

Список использованной литературы.......................................................................................18

ВВЕДЕНИЕ


Курсовая работа на тему: «Кинематическое исследование механизмов» состоит из двух разделов - Кинематическое исследование простого кривошипно-шатунного механизма и Кинематическое исследование сложного кривошипно-шатунного механизма.

Во всех разделах используются масштабные коэффициенты физических величин, которые для краткости называются масштабами физических величин:

Линейный масштаб  , ;

Масштаб перемещения  , м/мм;

Масштаб скорости ,  ;

Масштаб ускорения  ,

Масштаб силы  , Н/мм.

Масштаб угла µ_φ ,

Масштаб времени  , с/мм;
В данной работе используется чертеж Кривошипно-шатунного механизма в выбранном масштабе с соблюдением условных обозначений звеньев и кинематических пар.

Раздел 1

«Кинематическое исследование простого кривошипно-шатунного механизма»

1. 
   Построение плана механизма
   

Для построения плана механизма мною выбран масштаб μ_ℓ.

С учетом размеров звеньев механизма выбираю масштаб длины μ_ℓ= 0,01 м/мм.

Перевожу все действительные размеры в масштабные по формуле:

=

,

где: О – масштабная величина, мм;

Д – действительная величина, м;

- масштаб длины, м/мм.

и т. д.


[АВ]=

Все полученные величины заношу в таблицу 1.

Таблица 1

Действительная величина,м
	0,3
	0,85
е	0,09
φ	450
ω1	22с-1

По приведенным данным таблицы 1 построим план механизма.

Выбираем произвольную т.О - начало координатных осей. Проводим горизонтальную ось ОХ и вертикальную ось ОУ. Радиусом ОА = 30 мм с

центром в т.О проводим окружность. Окружность является траекторией движения т. А при вращении.

С помощью циркуля окружность разделим на 12 равных частей и каждое деление отмечаем буквами А_О, А_1, А₂, А₃, . . . . .А₁₁, А₁₂ (А_О);

От оси ОХ вверх на расстоянии 9 мм проводим дополнительную ось Z-Z

Затем методом засечек выбирая точку А за центр отрезок АВ=90мм (с помощью циркуля) откладываем на оси Z-Z и определяем 12 положений точки В: В_О, В₁, В₂, В_{3 . . . . . . .}В_11, В₁₂ (В₀). (см. Рис.1)

Чтобы найти положение точки С ,нужно отрезок ВА продлить и на ней отложить отрезок [AC]=10мм .Аналогично для остальных положений находим таким же методом. Полученные точки С₀, С₁, С₂, С₃, С₄, С₅, С₆, С₇, С₈, С₉, С₁₀, С₁₁, С₁₂ плавно соединяем и получаем вертикальный эллипс ,т.е. траекторию точки С. Также на отрезке АВ от точки В в сторону А откладываем отрезок ВS=40мм.

Аналогично для остальных положений находим положение точки S. Полученные точки S₀, S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₇, S₈, S₉, S₁₀, S₁₁, S₁₂ плавно соединяем и получаем горизонтальный эллипс ,т.е. траекторию точки S . На оси Z-Z измеряем расстояние В₀- В₆. (Чертеж1)

В₀- В₆ = Н- ход ползуна, В₀ –правая крайняя точка ползуна , а В₆- левая крайняя точка ползуна . В₀- принимаем за начало отсчета. Из (Рис.1) измеряем расстояния,тогда

В₀В₁=4мм В₀В₄=53мм В₀В₇=57мм В₀В₁₀=18мм

В₀В₂=22мм В₀В₅=60мм В₀В₈=47мм В₀В₁₁=5мм

В₀В₃=39мм В₀В₆=62мм В₀В₉=34мм В₀В₁₂=0мм



Рис.1 – Траектория точек А и В

2. 
   Построение диаграммы перемещения ползуна
   

При одном полном обороте перемещение ползуна изменяется. И это изменение я должен показать на диаграмме (см. Рис.2). Чтобы построить диаграмму мне нужно определить масштаб угла



Построим прямоугольную систему координат ХОУ(φОН). φ- угол поворота кривошипа; Н-ход ползуна; т.О- начало координат.

По горизонтальной оси откладываем отрезок L=120 мм, условно изображающий 360^о, т.е. один полный оборот кривошипа.

Отрезок L разделим на 12 равных частей и тогда каждое деление условно изображает 30^о угла поворота кривошипа.

По вертикальной оси откладываем величины: В₀В_1...В₀В₁₂. Полученные точки соединяем плавной кривой.

Таким образом получим диаграмму перемещения ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа . Это кривая математически выражается Н=f(φ).


Рис.2 – Диаграмма перемещения ползуна

3. 
   Построение плана механизма при φ= 45⁰
   

Строем план механизма для заданного угла φ= 45⁰ (см.Рис.3).

План механизма масштаб остается тот же, что и для чертежа1.

Угол поворота кривошипа φ= 45⁰ строю с помощью угольника с углами 90⁰, 45⁰, 45⁰ или с помощью циркуля (без применения транспортира).
V_А = ω₁ = 22 с^-1 0,3 м =6.6 м/с

Выбираем масштаб плана скоростей. Принимаем = 75 мм.



Рис.3 – План механизма

4. 
   Построение планов скоростей
   

Строим план скоростей при φ = 75⁰, угловая скорость кривошипа ω₁₌22 с^-1

V_О =0, т.к. неподвижная опора

Линейная скорость т.А, V_А = ω₁ = 22 с^-1 0,3 м =6.6 м/с
Выбираем масштаб плана скоростей. Принимаем = 75 мм; тогда :

0,088

Выбираем произвольную точку р – полюс плана скоростей. От точки p проводим линию перпендикулярную к ОА вниз в сторону направления скорости и на ней отложим вектор = 75 мм. (см.Рис.4).

Для определения скорости т.В составляем векторное уравнение

(по принципу неизвестную величину выражать через известную величину)



Вектор скорости точки А известен дважды и по направлению и по величине, поэтому вектор скорости V_А подчеркиваем дважды .

Вектор относительной скорости V_ВА известен только по направлению - направлен перпендикулярно к АВ, так как т.В относительно т.А совершает вращательное движение. Поэтому V_ВА подчеркиваем только один раз. Через т. а проводим линию, перпендикулярную к АВ, а от точки Р (полюс) параллельную // к оси Z-Z .На пересечении двух линий находим искомую точку b. . Получим Δ pab - это и есть план скоростей для φ = 30⁰ . Из чертежа измеряем отрезки и вычисляем (в числовом выражении) скорости
=75 мм ,

= 55 мм ,

На плане скоростей:

вектор условно изображает абсолютную скорость точки А (V_А = 6,6 м/с); вектор условно изображает абсолютную скорость точки В - (V_В = 6,6 м/с);

вектор условно изображает относительную скорость точки В относительно точки А- (V_ВА = 4,84 м/с);
Вектора проходящие через полюс называются абсолютными, а не проходящие через полюс - относительными.
Определяем угловую скорость 2 звена (АВ), т.е. шатуна







Рис.4 – План скоростей

5. 
   1.5.Построение планов ускорений
   

Строим план ускорений.

Определяем ускорение точки А через известное ускорение точки О. Запишем векторное уравнение для первого звена. (см. Рис.5).

,

где: ,
, т.к. ω₁ = const., т.е. ε=0 тогда векторное уравнение примет вид:




Выбираем масштаб ускорений:



Выбираем произвольную точку р^/ – полюс плана ускорений. От точки p^/ проводим линию параллельную // к АО в сторону направления ускорения и на ней отложим вектор = 75 мм. (выбираем произвольно). Вектор p^/a^/ условно изображает абсолютное ускорение точки А ( );

Определяем ускорение точки В через известное ускорение точки А.

Для этого напишем векторное уравнение для второго звена :


где: , тогда векторное уравнение примет вид:


В этом уравнении ускорение точки А подчеркиваем дважды, так как оно известно нам в числовом значении и по направлению. направлено параллельно звену ОА в направлении от точки А к точке О (к центру вращения). Звено АВ совершает сложное движение (плоскопараллельное), а в относительном движении т.В вращается вокруг т.А.
Нормальное ускорение точки В относительно точки А известно также дважды: в числовом выражении и по направлению.



направлено параллельно звену АВ в направлении от точки В к точке А.

= а^/n₂
От т. а^/ (черт.5) проводим линию перпендикулярную к АВ в сторону А (А- мгновенный центр вращения) и на ней отложим отрезок

а^/n₂ = 6,5 мм. (а^/n₂ - нормальное ускорение второго звена).

Через точку n₂ проводим линию ┴ к АВ, так как ┴ , а от точки р (полюса) проведем параллельную линию к оси Z-Z. На пересечении двух линий находим искомую точку b^/. При построении получаем четырехугольник p^/ а^/ n₂ b^/ , который называется планом ускорения. Из чертежа измеряем полученные отрезки

= 68мм , = 17мм

Соединяем а^/ в^/ и определяем графически.

Вектор = 68мм изображает полное относительное ускорение.



Вектор условно изображает абсолютное ускорение т.В

= ∙µ_а = 17 мм · 0.8 = 13,6 м/с²;

Вектор условно изображает касательное ускорение звена (АВ)

Положения точек S и С на плане ускорений определяются на основании теоремы подобия планов механизма и ускорений по следующим пропорциям:






, , , - абсолютная величина

- относительная величина
Вектора проходящие через полюс (Р) называются абсолютными величинами, а не проходящие через полюс- относительными.
Угловое ускорение ε₂ второго звена (АВ)




Рис.5 – План ускорения

Раздел 2 «Кинематическое исследование сложного кривошипно-шатунного механизма
2.1. Построение плана механизма
Для построения плана механизма необходимо выбрать масштаб μ_ℓ.

С учетом размеров звеньев механизма выбираем масштаб длины μ_ℓ= 0,005 м/мм.

Переведем все действительные размеры в масштабные по формуле:

=

,

где: О – масштабная величина, мм; Д – действительная величина, м;

- масштаб длины, м/мм.

и т. д.
Все полученные величины занесем в таблицу 1.

Таблица 1

Действительная величина,м
	0,15
=	0,45
	0,2
	0,35
	0,3
=	0,45
	0,18
φ	650

ω₁₌22 с^-1
По приведенным данным таблицы 1 построим план механизма (см.Рис.1).

Выбираем произвольную т.О - начало координатных осей. Проводим горизонтальную ось ОХ и вертикальную ось ОУ. Радиусом АВ = 30 мм с

центром в т.А проводим окружность. Окружность является траекторией движения т. В при вращении.

С помощью циркуля окружность разделим на 12 равных частей и каждое деление отмечаем буквами В_О, В_1, В₂, В₃, . . . . .В₁₁, В₁₂ (В_О);

На расстоянии [L₁] от центра А и [L₃] определяем положение неподвижной опоры ( точки D) . От точки D радиусом CD=90 мм чертим дугу , а от точки В радиусом ВС=90 мм чертим вторую дугу. При пересечении находим искомую точку С. Аналогично таким же методом находим 12 положений точки С: С₀, С₁, С₂, С₃, С₄, С₅, С₆, С₇, С₈, С₉, С₁₀, С₁₁, С₁₂ (С₀).

Чтобы найти положение точки М, нужно от точки С радиусом СМ=40 мм и от точки D радиусом DM=70 мм чертим дуги. При пересечении двух дух находим положение точки М.

Затем от центра ,т.е точки А на расстоянии [L₂]= 36 мм проводим вертикальный шток. При пересечении второго звена (АВ) соответственно нумеруем 12 положений точки Е : Е₀, Е₁, Е₂, Е₃, Е₄, Е₅, Е₆, Е₇, Е₈, Е₉, Е₁₀, Е₁₁, Е₁₂ (Е₀).

От каждой точки Е соответственно откладываем отрезок [EF]=60 мм и находим 12 положений точки F: F₀, F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆, F₇, F₈, F₉, F₁₀, F₁₁, F₁₂ (F₀).

На вертикальном штоке измеряем расстояние от верхней, крайней точки до нижней ,крайней точки F (Рис.4, Чертеж 1).

F₂ – F₁₀ = Н- ход штока , F₂ –нижняя , крайняя точка штока , а F₁₀- верхняя, крайняя точка штока . F₂- принимаем за начало отсчета. Из чертежа 1 измеряем расстояния,тогда

F₂ F₁=5мм

F₂ F₂=0мм

F₂ F₃=2мм

F₂ F₄=9 мм

F₂ F₅=12 мм

F₂ F₆=15мм

F₂ F₇=20 мм

F₂ F₈=28мм

F₂ F₉=36мм

F₂ F₁₀=40мм

F₂ F₁₁=32мм

F₂ F₁₂=19мм



Рис.1 – Траектория точек В,С,Е,F


2.1.Построение диаграммы перемещения штока
При одном полном обороте перемещение ползуна изменяется. И это изменение мы должны показать на диаграмме. Чтобы построить диаграмму нужно определить масштаб угла



Построим прямоугольную систему координат ХОУ(φОН). φ- угол поворота кривошипа; Н-ход ползуна; т.О- начало координат.

По горизонтальной оси откладываем отрезок L=120 мм, условно изображающий 360^о, т.е. один полный оборот кривошипа.

Отрезок L разделим на 12 равных частей и тогда каждое деление условно изображает 30^о угла поворота кривошипа.

По вертикальной оси откладываем величины: В₀В_1...В₀В₁₂. Полученные точки соединяем плавной кривой.

Таким образом получим диаграмму перемещения ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа . Это кривая математически выражается Н=f(φ). (см.Рис.2)



Рис.2 – Диаграмма перемещения штока

2.2.Построение плана механизма при φ= 65⁰
Построим план механизма для заданного угла φ= 65⁰ (Рис.3).

Для построения плана механизма масштаб остается, как и в первом чертеже μ_ℓ= 0,005 м/мм,. Порядок построения плана механизма тот же, что и для чертежа1.

Угол поворота кривошипа φ= 30⁰ строим с помощью угольника с углами 90⁰, 45⁰, 45⁰ или с помощью циркуля (без применения транспортира).


Рис.3 – План механизма при φ= 65⁰

2.3.Построение планов скоростей
Построим план скоростей при φ = 65⁰, угловая скорость кривошипа ω₁₌22 с^-1

V_О =0, т.к. неподвижная опора

Линейная скорость т.В, υ_В=

Выбираем масштаб плана скоростей.

Принимаем = 75 мм; тогда :
Выбираем произвольную точку р – полюс плана скоростей. (Рис.4). От точки p проводим линию перпендикулярную к АВ вниз в сторону направления скорости и на ней отложим отрезок = 75 мм. Вектор -условно изображает абсолютную скорость точки В.



Рис.4 – План скоростей

2.4.Построение планов ускорений
Строим план ускорений – (Рис.5).



Определяем ускорение точки В через известное ускорение точки А

,

т.к. ω₁ = const.,то ε₂=0

,тогда уравнение примет вид:



Выбираем масштаб ускорений:


Выбираем произвольную точку р^/ – полюс плана ускорений. От точки p^/ проводим линию параллельную // к ВА в сторону направления ускорения и на ней отложим вектор = 75 мм. (выбираем произвольно). Вектор условно изображает абсолютное ускорение точки В ( );

Определяем ускорение точки С через известное ускорение точки В.



Рис. План ускорения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Согласно расчетно-графическому кинематическому исследованию простого кривошипно-шатунного механизма можно сделать вывод, что данные механизмы движутся равно замедленно т.к. угловая скорость и угловое ускорение направлены противоположно друг к другу.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Методические рекомендации и указания по выполнению курсовых проектов (работ) по предмету «Теоретическая и прикладная механика», 2021;
   
2. 
   Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Теоретическая и прикладная механика" [Текст] / сост.: В. С. Кухта, Ж. К. Кубашева, А. К. Кулдыбаев. - Уральск : ЗКАТУ им. Жангир хана, 2013. - 64 с.
   
3. 
   Методические указания для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Теоретическая и прикладная механика» для студентов специальности 5В071600- «Приборостроение», 5В071800- «Электроэнергетика» / сост. М.К. Дусенов, В. С. Кухта. - Уральск : РИО ЗКАТУ, 2016. - 64 с.