Проектирование и исследование механизмов колёсного трактора
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
Проектирование и исследование
механизмов колёсного трактора
1. Синтез, структурный и
кинематический анализ механизмов колёсного трактора
.1 Исходные данные
Функциональная схема машинного агрегата
показана на рисунке 1.1
Рисунок 1.1
…6-звенья
.2 Синтез рычажного
механизма двигателя
Натуральная длина
кривошипа:
LOA=LOC=0.07 м
Натуральная длина
шатуна:
LAB=LCD=LOA*л=0.07*3.4=0.259 м
Общая длина:
L=2* LOA+ LAB=0.329 м
.3 Структурный анализ
механизма
Число подвижных звеньев п = 5. Число
кинематических пар V класса (низших) р5 =7.
Число кинематических пар четвертого
класса (высших) p4 = 0.
Степень подвижности механизма
находим по формуле Чебышева:
W= 3п - 2р5 - p4 = 3 • 5 - 2 • 7 = 1.
.4 Построение планов
положений механизма
Назначаем масштабный коэффициент
длин мL=L/300=0.329/300=0.001096 м/мм. Находим размеры звеньев в выбранном
масштабе:
OA=LOA/мL=0.07/0.001096=64 мм
AB=LAB/мL=0.259/0.001096=236 мм1=D/мL=0.1/0.001096=91 мм
AS2=AB/3=79
мм
Строим 12 наложенных один на другой
планов механизма по двенадцати равноотстоящим положениям кривошипа. В качестве
нулевого принимаем положение, при котором точка В занимает крайнее левое положение.
1.5
Построение планов скоростей
Скорость точки А находим
по формуле:
м/с
Масштаб плана скоростей:
Скорость звена ВА:
м/с
Угловую скорость находим
по формуле:
С-1
Скорость точки В находим
по формуле:
м/с
Длину вектора ускорения
точки S2 находим по формуле:
мм
Скорость точки S2находим по формуле:
=0,139*100=13,9 м/с
Расчётные данные
представлены в таблице:
|
№ полож.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
|
 12,1
|
7,2
|
0,0
|
7,6
|
12,1
|
13,9
|
12,1
|
7,1
|
0,0
|
7,1
|
12,1
|
13,9
|
|
|
 46,7
|
27,8
|
0,0
|
29,3
|
46,7
|
53,6
|
46,7
|
27,4
|
0,0
|
27,4
|
46,7
|
53,6
|
|
|
 5,4
|
10,4
|
13,9
|
13,8
|
8,6
|
0,0
|
8,6
|
13,7
|
13,9
|
10,4
|
5,4
|
0,0
|
|
|
 10,3
|
12,4
|
13,9
|
13,5
|
10,9
|
9,3
|
11,6
|
13,4
|
13,9
|
12,4
|
10,3
|
9,3
|
|
|
 7,1
|
12,1
|
13,9
|
12,1
|
7,1
|
0,0
|
7,1
|
12,1
|
13,9
|
12,1
|
7,1
|
0,0
|
|
|
 27.4
|
46,7
|
53,6
|
46,7
|
27,4
|
0,0
|
27,4
|
46,7
|
53,6
|
46,7
|
27,4
|
0,0
|
|
|
 13,6
|
8,5
|
0,0
|
8,3
|
13,6
|
13,9
|
10,4
|
5,4
|
0,0
|
5,4
|
10,4
|
13,9
|
|
|
 13,4
|
11
|
9,3
|
11,3
|
13,5
|
13,9
|
12,5
|
10,6
|
9,3
|
10,3
|
12,4
|
13,9
|
|
1.6 Построение годографа
скорости
Строим годограф скорости
центра масс 
звена
2, перенося с построенных планов скоростей векторы 
в
общую точку. Масштаб построения мV=0.139
.Соединяем
концы векторов плавной лекальной кривой.
1.7 Построение плана
ускорений
План ускорения строим
для 3 положения механизма.
Ускорение для точки А
находим по уравнению
м/с2
Определяем масштаб:
Длина вектора 
в
выбранном масштабе: 
мм.
м/с2
мм
м/с2
Угловое ускорение звена
2
с-2
Ускорение для точки В
находим по уравнению:
мм
м/с2
м/с2
мм
м/с2
Угловое ускорение звена
4
с-2
Ускорение для точки С
находим по уравнению:
м/с2
Расчётные данные
представлены в таблице:
|
№ пол.
|
aA
|
anBA
|
aфВА
|
Е2
|
aB
|
aS2
|
anCА
|
aфCА
|
E4
|
aC
|
aS4
|
|
3
|
2768
|
0
|
2869
|
11077
|
756
|
34,5
|
744
|
0
|
0
|
3543
|
3017
|
.8 Построение
кинематических диаграмм
Используя планы
положений механизма, находим перемещения (отстояния от нулевого положения 
).
Строим диаграмму
перемещений поршня (точки В) в масштабе 
по оси ординат. Масштаб
по оси абсцисс: 
,
.
Графическим
дифференцированием диаграммы 
с использованием метода
хорд при произвольно выбранном расстоянии 
строим диаграмму
скоростей 
.
Масштабный коэффициент диаграммы по оси ординат:
.
Методом хорд графически
дифференцируем построенную диаграмму при произвольно
выбранном полюсном расстоянии 
и строим диаграмму 
.
Масштаб диаграммы по оси ординат:
Вычисляем скорости и
ускорения точки, используя диаграммы и .
Определяем расхождение значений скоростей и ускорений точки В, найденных
методом планов скоростей и ускорений и методом кинематических диаграмм.
2. Силовой расчет
(кинетостатический) рычажного механизма двигателя
.1 Исходные данные
Массы звеньев: 
;
;
.
Моменты инерции:
Расчет выполнить для
положения 3 (см. лист 1), используя данные приведенные в таблице 1.
.2 Построение планов
скоростей и ускорений
Строим план механизма
для положения 3 в масштабе 
.
План скоростей строим в
масштабе 
Скорость точки А: 
.
Методика построения
плана изложена в п. 1.5.
План ускорений строим по
методике, изложенной в п. 1.7.
.3 Расчет сил,
действующих на звенья
Силы тяжести звеньев
находим при 
H
36H
35H
36H
35Н
Силы инерции звеньев:
Ф1=m1*as1=0
Н
Ф2=m2*as2=3,7*965=124,2
Н
Ф3=m3*aB=3,0*4127=2646 Н
Ф4=m4*as4=3,7*4344=10861
Н
Ф5=m5*aс=3,0*2027=12400 Н
Инерционные моменты
звеньев:
0,03*7453=720 Н*м.
0,03*14906=0 Н*м.
Движущая сила:
Pmaxд=pmax*106*рD2/4=38465 H
PдВ=4231
Н
PдС=0
Н
.4 Силовой расчет
структурных групп
Структурная группа 4-5
1) 
) 
Строим план сил в
масштабе 
)
)
Строим план сил согласно
уравнению равновесия структурной группы в геометрической форме.
Структурная группа 2-3
Составляем уравнение
равновесия структурной группы в геометрической форме:
) 
)
Строим план сил в
масштабе 
)
)
Строим план сил согласно
уравнению равновесия структурной группы в геометрической форме.
2.5 Силовой расчет
ведущего звена 1
Изображаем в исходном
положении и прикладываем к нему силу тяжести 
силу реакции 
со
стороны ползуна, уравновешивающую силу 
в точке А, направленную
перпендикулярно оси OA.
) 
)
Строим план сил в
масштабе 
.6 Определение
уравновешивающей силы методом жукОвского (рычаг Жуковского)
Строим план
скоростей, повернутый вокруг полюса плана на угол 90° против часовой стрелки и
в произвольном масштабе. В соответствующих точках прикладываем силы тяжести G1, G5,G3 равнодействующие сил
инерции Ф5, Ф3, уравновешивающие сил инерции,
уравновешивающую силу Рур. Момент сил инерции Мu2 кулисы приводим к
рычагу:
Составляем
алгебраическое уравнение равновесия рычага:
Н*мм
Н*мм
:
Если уравновешивающая
сила получается отрицательной, то это значит, что ее направление в
действительности противоположно выбранному.
Находим расхождение в
процентах по уравновешивающей силе, найденной методом планов сил (
=6885
Н) и методом рычага Жуковского (
=6893
Н):
3. Расчет маховика
.1 Исходные данные
Массы звеньев:
т1 = 12 кг; т2 = 3,6 кг; m3=3.5 кг.
Момент инерции кривошипа
.2 Последовательность
построения диаграмм
Находим приведенные к
валу кривошипа моменты сил сопротивлений. Из условия равенства мощности
приведенного момента, суммарной мощности сил полезных сопротивлений и сил
тяжести имеем:
Угол между векторами P и v находим по плану
скоростей. Результаты измерений указываем в таблице 3
Значения приведенных моментов сил
сопротивлений (Н*м) и ординат (мм) диаграммы
№ полож. Мп.с Мп.с/
Ag/
Ас/
Т11
|
7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
934,9
|
32,1
|
-32,1
|
|
1
|
-21
|
-, 15
|
-0,1
|
3,9
|
-4
|
986,5
|
33,9
|
-37,9
|
|
2
|
-80
|
-5,7
|
-0,8
|
7,8
|
-8,6
|
906
|
31,1
|
-39,7
|
|
3
|
-296
|
-21,1
|
-3,8
|
11,7
|
-15,5
|
935,2
|
32,1
|
-47,6
|
|
4
|
-663
|
47,4
|
-12,7
|
15,5
|
-28,2
|
1110.5
|
38,2
|
-66,4
|
|
5
|
-810
|
-57,8
|
-26,2
|
19,4
|
-45,6
|
1090,3
|
37,5
|
-83,1
|
|
6
|
0
|
0
|
23,3
|
-58,9
|
934,9
|
32,1
|
-19,1
|
|
7
|
1654
|
118,1
|
-16,5
|
27,5
|
-43,6
|
937,2
|
32,2
|
-75,4
|
|
8
|
1528
|
109,1
|
12,5
|
31
|
-18,6
|
958,8
|
32,9
|
-51,5
|
|
9
|
775
|
55,3
|
34,2
|
35
|
-0,8
|
934,9
|
32,1
|
-32,9
|
|
10
|
261
|
18,6
|
42,8
|
38,8
|
3,9
|
803,3
|
27,6
|
-23,7
|
|
11
|
-18
|
-1,3
|
45
|
42,8
|
2,2
|
803,3
|
27,6
|
-25,4
|
|
12
|
-296
|
-21,1
|
42,2
|
46,6
|
-4,4
|
934,9
|
32,1
|
-36,5
|
|
13
|
-657
|
-46,9
|
33,3
|
50,5
|
-17,5
|
986,5
|
33,9
|
-51,4
|
|
14
|
-805
|
-57,5
|
19,8
|
54,4
|
-34,6
|
906
|
31,1
|
-65,7
|
|
15
|
0
|
0
|
10,2
|
58,3
|
-48.1
|
935,2
|
32,1
|
-80,2
|
|
16
|
1605
|
114,6
|
31,5
|
62,2
|
-30,7
|
1110,5
|
38,2
|
-68,9
|
|
17
|
1525
|
108.9
|
59,9
|
66,1
|
-6,2
|
1090,3
|
37,5
|
-43,7
|
|
18
|
779
|
55,6
|
82
|
70
|
12
|
934,9
|
32,1
|
-20,1
|
|
19
|
281
|
20,1
|
90,4
|
74
|
16,4
|
937,2
|
32,2
|
-15,8
|
|
20
|
63
|
4,5
|
93
|
78
|
15
|
958,8
|
32,9
|
-17,9
|
|
21
|
0
|
0
|
93,3
|
81,6
|
11,7
|
934,9
|
32,1
|
-20,4
|
|
22
|
0
|
0
|
93,3
|
85,5
|
7.8
|
803,3
|
27,6
|
-19,8
|
|
23
|
0
|
0
|
93,3
|
89,4
|
3,9
|
803,3
|
27,6
|
-23,7
|
|
24
|
0
|
0
|
93,3
|
93,3
|
0
|
934,9
|
32,1
|
-32,1
|
Строим диаграмму приведенных
моментов сил сопротивлений в масштабе
Путём графического
интегрирования при полюсном расстоянии строим диаграмму по оси ординат:
Строим диаграмму работ
движущих сил. Принимая для рабочей машины МД=const, получаем линейную функцию АД(
).
При установившемся движении за полный динамический цикл (за один оборот кривошипа)
АД = АС. Соединив начало координат с точкой 
построенной
диаграммы АС(),
получаем диаграмму.
Строим диаграмму
приведенных моментов движущих сил методом графического дифференцирования
диаграммы АД()
при ранее выбранном полюсном расстоянии Н.
3.3 Проектирование
маховика
Маховик проектируем в
виде тяжелого обода, материал маховика - чугун марки СЧ 15 плотностью 
=
7200 кг/м3.
Вводим обозначения: D-диаметр маховика, D1
- внутренний диаметр обода маховика; D2
- наружный диаметр; b
- ширина обода маховика. Определяем размеры и массу маховика:
4. Расчет планетарного
редуктора
.1 Исходные данные
Схема планетарного
редуктора показана на рисунке. Передаточное отношение планетарной части
редуктора и1H=5,6
.2 Условия
проектирования
Основные соотношения и
условия проектирования перечислены ниже.
Формула Виллиса
u1H=1+z3/z1
Условие соосности:
Условие соседства:
К < 180/arcsin z2+2/z1+z2
Условие сборки: z1+z2/K=N
где К - число сателлитов; N - целое число.
.3 Подбор чисел зубьев
Возможное число сателлитов
определяем из условия:
Приближение
Окончательно принимаем: 
Находим диаметры
делительных окружностей, принимая модуль колес
т =
3 мм (ГОСТ 9563-60).
Размеры колес:
Вычерчиваем схему
редуктора в двух проекциях в масштабе М 1:2.
5. Проектирование
эвольвентного зацепления
Задано: число зубьев
шестерни z1=9;
число зубьев колеса z2=17;
Модуль зацепления m= 6 мм.
Расчет геометрических
параметров зацепления.
. Передаточное отношение
. Коэффициенты смещения
рейки
;
. Угол зацепления
Чему соответствует угол aw = 28,080.
. Радиусы делительных
окружностей
мм;
мм.
. Радиусы основных
окружностей
мм;
мм.
6. Радиусы начальных
окружностей
мм;
мм.
. Межосевое расстояние
мм.
. Радиусы окружностей
впадин
мм;
мм.
. Радиусы окружностей
вершин
мм;
мм.
. Высота зубьев
мм;
мм.
11. Шаг зацепления по
делительной окружности
мм.
. Угловые шаги
;
.
. Хорды делительных
окружностей, соответствующие угловым шагам
мм;
мм.
. Толщины зубьев по
делительным окружностям
мм;
мм.
. Углы профилей на
окружностях вершин
;
.
16. Толщины зубьев на
окружностях вершин
мм;
мм.
. Коэффициент перекрытия
Построение эвольвентного
зубчатого зацепления
Вычерчиваем эвольвентное
прямозубое неравносмещённое зубчатое зацепление в масштабе М 2,5:1
Находим коэффициенты
удельных скольжений:
Согласно одному из
свойств эвольвенты 
,
где 
-
длинна теоретической линии зацепления. Из чертежа находим =38,6
мм, а также 
13,36
мм и N2P=25,24 мм
Как видим, графические
значения при построении зацепления практически совпадают с теоретически
полученными.
Задаём произвольные
значения радиусов кривизны эвольвенты, например с шагом 16,08 мм. Вычисляем
коэффициенты удельных скольжений по формулам:
л1=1-
,
л2=1-
Результаты вычислений
сводим в таблицу:
|
X=0
|
X1=16,08
|
X2
=32,16
|
X3=42,24
|
X4=64,32
|
X5=80,4
|
X6=g=96,5
|
|
л1
|
|
-1,65
|
-1,06
|
0,32
|
0,73
|
0,89
|
1
|
|
л2
|
1
|
0,62
|
0,06
|
-0,47
|
-2,77
|
-8,43
|
|
По полученным результатам строим
диаграммы коэффициентов удельных скольжений 
и 
в
масштабе µл=0,21/мм
Список литературы
рычажный двигатель кинематический
жуковский
1. Лачуга
Ю.Ф. и др. «Теория механизмов и машин» 2005 г.
2. Артоболевский
И.И. «Теория механизмов и машин» 1988 г.
3. Попов
С.А. и др. «Курсовое проектирование по ТМ и ММ» 1998 г.