Курсовая работа по машиностроению на тему Параметрическое проектирование механизмов по заданным условиям

План скоростей представляет собой геометрическое отображение движения механизма в данный момент времени. Он позволяет перейти от сложного движения системы к наглядному векторному представлению. Особенно важно, что:
• точки, лежащие на одном звене, связаны относительными скоростями;
• направления скоростей всегда перпендикулярны соответствующим звеньям при вращении;
• поступательное движение характеризуется параллельными векторами скоростей.
В результате построения плана скоростей были определены направления и величины скоростей характерных точек механизма. Установлено, что движение механизма является сложным и включает как вращательные, так и поступательные компоненты. Полученные данные используются для:
• построения плана ускорений;
• выполнения силового расчёта;
• определения уравновешивающего момента.
 
6. ПЛАНЫ УСКОРЕНИЙ
План ускорений является логическим продолжением плана скоростей и служит для определения ускорений характерных точек механизма. Данный метод позволяет графически установить величины и направления ускорений, возникающих при движении звеньев. Построение плана ускорений имеет важное значение, так как именно ускорения используются при определении сил инерции, которые учитываются в силовом расчёте механизма.
При движении звеньев механизма каждая точка имеет ускорение, которое можно разложить на две составляющие:
• нормальную (центростремительную);
• касательную.
Полное ускорение определяется как:
a⃗=a⃗n+a⃗t
Нормальная составляющая ускорения направлена к центру вращения и определяется по формуле:
an=ω2r
Для точки A:
anA=(10.47)2⋅0.12=13.15 м/с2
Нормальное ускорение всегда направлено вдоль звена к центру вращения, в данном случае — к точке O1.
Касательная составляющая определяется по формуле:
at=εr
где ε — угловое ускорение. Так как ведущее звено вращается равномерно ε=0, следовательно at=0. Таким образом, ускорение точки A является чисто нормальным.
Построение плана ускорений выполняется аналогично плану скоростей, но с учётом дополнительных составляющих. На чертеже выбирается точка pa, которая принимается за полюс плана ускорений. Из полюса откладывается вектор:
paA⃗=a⃗A
Направление — от точки A к центру вращения O1. Длина определяется выбранным масштабом ускорений. Ускорение точки B определяется по векторному уравнению:
a⃗B=a⃗A+a⃗B
При этом ускорение a⃗B включает:
• нормальную составляющую (направлена вдоль звена AB);
• касательную составляющую (перпендикулярна звену AB).
На плане:
• из конца вектора a⃗A откладывается нормальная составляющая;
• затем проводится касательная составляющая;
• пересечение линий даёт точку B.
Для точки C:
a⃗C=a⃗B+a⃗C/B
Особенность:
• точка C движется поступательно;
• ускорение направлено вдоль направляющей.
Строится:
• нормальная составляющая вдоль звена BC;
• касательная — перпендикулярно звену;
• линия движения ползуна.
Пересечение даёт ускорение точки C. После построения можно определить:
• величины ускорений всех точек;
• направления ускорений;
• наличие центростремительных составляющих;
• динамическое поведение механизма.
План ускорений позволяет оценить:
• инерционные нагрузки;
• степень динамической нагруженности механизма;
• влияние геометрии звеньев на ускорения.
При анализе ускорений особое внимание уделяется их влиянию на динамическое состояние механизма. В отличие от скоростей, ускорения непосредственно связаны с возникновением сил инерции, которые могут существенно увеличивать нагрузки на элементы конструкции.
Нормальные ускорения возникают при криволинейном движении точек и направлены к центру вращения. Их величина зависит от угловой скорости и радиуса вращения. При увеличении скорости вращения нормальные ускорения возрастают квадратично, что может привести к значительному увеличению динамических нагрузок.
Касательные ускорения связаны с изменением величины скорости и возникают при неравномерном движении. В рассматриваемом случае они отсутствуют для ведущего звена, так как его вращение считается равномерным. Однако для других звеньев касательные составляющие могут появляться вследствие изменения угловых скоростей.
Графическое построение плана ускорений позволяет определить как абсолютные, так и относительные ускорения точек механизма. При этом важно учитывать, что ускорение точки зависит не только от её собственного движения, но и от движения звена, к которому она принадлежит.
Особенностью плана ускорений является необходимость учитывать несколько составляющих для каждой точки, что делает построение более сложным по сравнению с планом скоростей. Тем не менее, данный метод остаётся эффективным инструментом анализа.
Полученные значения ускорений используются для определения сил инерции, которые включаются в уравнения равновесия при силовом расчёте. Это позволяет более точно оценить нагруженность механизма и условия его работы. Особенно важно, что ускорения прямо влияют на силы инерции:
Fi=ma
В результате построения плана ускорений определены ускорения характерных точек механизма. Установлено, что ускорения включают преимущественно нормальные составляющие, что обусловлено вращательным движением звеньев. Полученные значения ускорений являются основой для выполнения силового расчёта механизма и определения реакций в кинематических парах.
 
7. СИЛОВОЙ РАСЧЁТ
Силовой расчёт механизма выполняется с целью определения сил, действующих на звенья, а также реакций в кинематических парах. Данный этап является одним из ключевых, так как позволяет оценить работоспособность механизма, прочность его элементов и необходимые параметры привода. Расчёт проводится с использованием принципа Даламбера, согласно которому к системе добавляются силы инерции, и движение рассматривается как условно равновесное.
Для выполнения силового анализа необходимо перейти от заданных весов звеньев к их массам. Связь между весом и массой определяется выражением:
m=Gg
где g=9.81 м/с2. В результате получаем:
m1=12/9.81=1.22 кг
m3=66/9.81=6.73 кг
m4=48/9.81=4.89 кг
Полученные значения используются при расчёте сил инерции. На звенья механизма действуют следующие силы:
1. Силы тяжести. Приложены к центрам масс звеньев: G1, G3, G4.
2. Сила сопротивления. Приложена к исполнительному звену Pc=100 Н
3. Силы инерции. Возникают вследствие ускоренного движения звеньев.
Согласно принципу Даламбера, сила инерции определяется как:
Fi=m⋅a
Для каждого звена: