Проектирование и исследование механизмов колёсного трактора

Введение
В данном курсовом проекте наиболее подробно рассматривается меха-низм двигателя колесного трактора.
В общем случае механизм – это механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной сте-пени сложности – от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, пе-чатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преоб-разуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростан-ции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля. Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние мате-риалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).
Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и испол-нительного) – многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение.
На рисунке 1 представлена кинематическая схема механизма.

1. Структурный анализ плоского механизма

Определение степени подвижности механизма.
Целью структурного анализа является определение класса и порядка ме-ханизма для последующего проведения кинематического и кинетостатического анализа. Построим кинематическую схему механизма, с обозначением всех звеньев и кинематических пар (рис. 1). Механизм состоит из звеньев. Все кине-матические пары — низшие. Число подвижных звеньев n = 5 ; число низших кинематических пар p5 = 7 и высших — p4 = 0. Все механизмы классифициру-ются по семействам. Класс семейства определяется числом общих связей, нало-женных на механизм. Если наложить 3 общих связи, получим механизм 3-го семейства — плоский механизм. Из определения плоских механизмов следует, что у них из шести независимых дви¬жений возможны только три: поступатель-ное вдоль осей X и У, а также вращение относительно оси Z. При этом звенья будут двигаться в плоскости ХОУ.
Структурная формула кинематической цепи в этом слу¬чае принимает вид 1.3 и называется формулой Чебышева для плоских меха¬низмов.
(1.1)
где n – число подвижных звеньев механизма, ;
P5 – число кинематических пар 5 класса, ;
P4 – число кинематических пар 4 класса, .

Рис. 1 – Схема механизма

Кинематические пары и их классификации.
Для данного механизма кинематические пары и их классификации приведены в таблице 1.
Таблица 1 Кинематические пары.
Обозначе-ние КП Звенья
составляющие КП Вид движения Подвижные КП (класс) Высшая или низшая
O 0, 1 Вращательное 5 низшая
A 1, 2 Вращательное 5 низшая
A 1, 4 Вращательное 5 низшая
B 2, 3 Вращательное 5 низшая
B 0, 3 Поступательное 5 низшая
C 4, 5 Вращательное 5 низшая
C 0, 5 Поступательное 5 низшая

Так как степень подвижности равна_1_, то данный механизм был образован путём присоединения к начальному механизму групп с нулевой степенью подвижности, т.е. групп Ассура.
Разложение механизма на структурные группы (группы Ассура).
Разбиваем механизм на группы Ассура — двухповодковые и начальную группу. Начальная группа состоит из звеньев 0 - 1, первая двухповодковая группа — из звеньев 2-3, вторая группа Ассура – из звеньев 4-5 (рис. 3). Начальный механизм изображен на рисунке 2. (показано схематически).

Рис. 2 – Начальный механизм I класса W=1

Начальное звено имеет степень подвижности 1. I класс. Оставшуюся цепь разбиваем на группы Ассура, как показано на рис.3(а) и рис.3(б).
Степень подвижности группы будет равна:


(а) – Группа Ассура II класса 3(б) – Группа Ассура II класса
Рис. 3 –Структурные группы
В 1 структурную группу входят звенья 2 и 3 и кинематиеские пары A(1-2), B(2-3) и B(0-3);
Во 2 структурную группу входят звенья 4 и 5 и кинематиеские пары A(1-4), С(4-5) и С(0-5)
Формула строения механизма:

В целом механизм ___II___ класса

Структурной группой Ассура (или группой нулевой подвижности) называется кинематическая цепь, образованная только подвижными звеньями механизма, подвижность которой (на плоскости и в пространстве) равна нулю.
Группы могут быть различной степени сложности. Структурные группы Ассура делятся на классы в зависимости от числа звеньев, образующих группу, числа поводков в группе, числа замкнутых контуров внутри группы.
Механизмы классифицируются по степени сложности групп входящих в их состав. Класс и порядок механизма определяется классом и порядком наиболее сложной из входящих в него групп. Особенность структурных групп Ассура - их статическая определимость. Если группу Ассура свободными эле-ментами звеньев присоединить к стойке, то образуется статически определимая ферма. Используя группы Ассура удобно проводить структурный, кинемати-ческий и силовой анализ механизмов.
2. Кинематический анализ плоского механизма
Целью кинематического исследования механизма является определение линейных скоростей и ускорений всех точек и угловых скоростей и ускорений звеньев механизма. Скорости и ускорения точек механизма определяются в фиксированных положениях механизма в зависимости от угла поворота кри-вошипа.
При кинематическом анализе решается три задачи:
1. Построение плана положений методом засечек.
2. Построение плана скоростей.
3. Построение плана ускорений.
Т. е в данном случае после построения плана положений определяются скорости и ускорения.

2.1. Определение размеров звеньев механизма.
Задаемся длиной звена 1:

Вычисляем длину шатунов 2 и 4:



2.2. План положений механизма.
Кинематический анализ начинается с построения плана положения меха-низма. Для этого должны быть известны:
1) размеры звеньев механизма, м;
2) величина и направление угловой скорости ведущего звена.
Выбираем масштаб длин:
, (1.2)
где - истинная длина кривошипа; – выбранный чертежный размер.

Рассчитываются чертежные размеры звеньев с учетом масштабного ко-эффициента длин и сводятся в таблицу 2.

Таблица2
Звено Исходные данные, м Длина с учетом масштабного
коэффициента, мм
1 0,35 35
2 1,225 122,5
4 1,225 1