Проектирование и исследование механизма качающегося конвейера (стр. 3 из 3)

h_и3 = M_и3/F_и3 = 14.87/375.2 = 0.0396 м,

что в масштабе кинематической схемы µ_L=0.004 м/мм составляет 9.9 мм, и смещаем силу F_и3 на 9.9 мм параллельно самой себе так, чтобы обеспечить относительно точки S₃ момент такого же направления, что и M_и3. Точка пересечения линии действия силы F_и3' и звена 3 дает точку k₃ [2].

Для звена 2 заменяем силу инерции F_и2 и момент сил инерции М_и2 одной силой F_и2', равной по величине и направлению силе F_и2, но приложенной в центре качания k₂ звена. Для его нахождения вычисляем плечо

h_и2 = M_и2/F_и2 = 5.18/481.5 = 0.0108 м,

что в масштабе кинематической схемы составляет 2.7 мм, и смещаем силу F_и2 на 2.7 мм параллельно самой себе так, чтобы обеспечить относительно точки S₂ момент такого же направления, что и M_и2. Точка пересечения линии действия силы F_и2' и звена 2 дает точку k₂ [2].

2.3. Определение реакций в кинематических парах группы Ассура (4-5)

Определение реакций начинаем с последней присоединенной группы Ассура, т.е. группы (4-5).

Вычерчиваем схему группы (μ_l = 0.004 м/мм ) в том положении, в котором она находится в механизме в данном положении.

Прикладываем к звену 5 внешние силы Р_пс= 5000 Н, G₅= 4414.5 Н и F_и5=2304 Н, а к звену 4 - силу F_и4'= 941.4 Н, приложенную в центре качания звена k₄ и силу веса G₄ = 1765.8 H.

По принципу освобождаемости от связей заменяем действие стойки 0 на звено 5 реакцией R₀₅, перпендикулярной к линии движения ползуна (т.к. силы трения не учитываются). Со стороны отсоединенного звена 3 на звено 4 действует реакция R₃₄, которую представляем в виде нормальной и касательной составляющих Rⁿ₃₄ и R^τ₃₄ (Rⁿ₃₄ направляем вдоль ЕD, а R^τ₃₄ - перпендикулярно ЕD).

Величину и направление реакции R^τ₃₄ определим из уравнения моментов всех сил, действующих на группу (4-5), относительно точки Е

ΣM_E(F_i) = -R^τ₃₄·ЕD - F_и4·h₁ + G₄·h₂ = 0 ,

откуда

R^τ₃₄ = (G₄·h₂ -F_и4·h₁)/ЕD =

(1765.8·90.43 – 941.4·30.96)/187.5 = 696.2 Н

Поскольку знак R^τ₃₄ из уравнения получен положительным, значит предварительное направление этой составляющей реакции на листе выбрано верно.

Поскольку направления реакций R₀₅ и Rⁿ₃₄ известны, то, применяя принцип Даламбера, записываем условие равновесия группы Ассура

R₀₅ + Р_пс + G₅ + F_и5 + G₄ + F_и4' + R^τ₃₄ + Rⁿ₃₄ = 0 .

Выбрав масштаб μ_F = 50 Н/мм, строим план сил для группы 4-5, последовательно откладывая векторы сил и замыкая силовой многоугольник от точки пересечения направлений неизвестных реакций R₀₅ и Rⁿ₃₄.

По построенному силовому многоугольнику определяем величины реакций, умножая длину соответствующего вектора на масштабный коэффициент плана сил

R₀₅ = 63.1·50 = 3155 Н

R₃₄ = 175.3·50 = 8765 Н

Применяя принцип Даламбера, записываем условие равновесия звена 4

R₃₄ + F_и4 + G₄ + R₅₄ = 0 .

На построенном плане сил по данному векторному уравнению достраиваем недостающий вектор R₅₄, соединяя конец вектора G₄ с началом вектора R₃₄. Определяем величину этой реакции

R₅₄ = 148.2·50 = 7410 Н

2.4. Определение реакций в кинематических парах группы Ассура (2-3)

Вычерчиваем схему группы (μ_l = 0.004 м/мм ) и прикладываем к звеньям группы все известные силы и моменты.

К звену 3: R₄₃ = -R₃₄ = 8765 Н; G₃= 1373.4 Н; F_и3' = 375.2 Н. Вектор R₄₃ прикладываем в точке D, развернув вектор R₃₄ на 180˚.

К звену 2 прикладываем: G₂= 882.9 Н; F_и2' = 481.5 Н.

В раскрытых кинематических парах прикладываем реакции. Реакцию R₀₃ представляем в виде нормальной и касательной составляющих Rⁿ₀₃ и R^τ₀₃ (Rⁿ₀₃ направим вдоль СD, а R^τ₀₃ - перпендикулярно СD). Реакцию R₁₂ представляем в виде нормальной и касательной составляющих Rⁿ₁₂ и R^τ₁₂ (Rⁿ₁₂ направим вдоль АВ, а R^τ₁₂ - перпендикулярно АВ)

Величину R^τ₀₃ определим из уравнения моментов всех сил, действующих на звено 3, относительно точки В (центрального шарнира группы):

ΣM_В³(F_i) = -R₄₃·h₃ + F_и3'·h₄ - G₃·h₅ + R^τ₀₃·ВD = 0 ,

откуда

R^τ₀₃ = (R₄₃·h₃ - F_и3'·h₄ + G₃·h₅)/ ВD =

= (8765·19.04 – 375.2·8.25 + 1373.4·6.58)/62.5 = 2765.2 Н

Поскольку знак R^τ₀₃ из уравнения получен положительным, значит предварительное направление этой составляющей реакции на листе выбрано верно.

Величину R^τ₁₂ определим из уравнения моментов всех сил, действующих на звено 2, относительно точки В (центрального шарнира группы):

ΣM_В²(F_i) = G₂·h₆ + F_и2'·h₇ - R^τ₁₂·АВ = 0 ,

откуда

R^τ₁₂ = (G₂·h₆ + F_и2'·h₇)/ АВ =

= (882.9·28.52 + 481.5·15.9)/60 = 547.3 Н

Поскольку знак R^τ₁₂ из уравнения получен положительным, значит предварительное направление этой составляющей реакции на листе выбрано верно.

Поскольку направления реакций Rⁿ₀₃ и Rⁿ₁₂ известны, то, применяя принцип Даламбера, записываем условие равновесия группы Ассура

Rⁿ₀₃ + R^τ₀₃ + R₄₃ + G₃ +F_и3' + G₂ + F_и2' + R^τ₁₂ + Rⁿ₁₂ = 0 .

Выбрав масштаб μ_F = 50 Н/мм, строим план сил для группы 2-3, последовательно откладывая векторы сил и замыкая силовой многоугольник от точки пересечения направлений неизвестных реакций Rⁿ₀₃ и Rⁿ₁₂.

С учетом масштаба величины реакций

R₁₂ = 189.6·50 = 9480 Н;

R₀₃ = 153.6·50 = 7680 Н.

Применяя принцип Даламбера, записываем условие равновесия звена 3

R₀₃ + R₄₃ + F_и3 + G₃ + R₂₃ = 0 .

На построенном плане сил по данному векторному уравнению достраиваем недостающий вектор R₂₃, соединяя конец вектора G₃ с началом вектора R₀₃. Определяем величину этой реакции

R₂₃ = 186.4·50 = 9320 Н

2.5. Силовой расчет ведущего звена

Проводим силовой расчет ведущего звена.

Прикладываем в т. А реакцию R₂₁ = 9480 Н, развернув вектор R₁₂ на 180˚, а также уравновешивающую силу F_ур перпендикулярно звену.

Величину уравновешивающей силы находим из уравнения моментов относительно т. O:

F_ур·ОА - R₂₁·h₈ = 0,

откуда F_ур = R₂₁·h₈/ОА = 9480·27.83/55 = 4796.9 H.

Выбрав масштаб μ_F = 50 Н/мм, строим план сил для звена 1 по уравнению F_ур + R₂₁ +R₀₁ = 0, и определяем из плана сил величину реакции R₀₁ = 163.5·50 = = 8175 Н.

2.6. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е.Жуковского

Для нахождения уравновешивающей силы по методу Жуковского строим план скоростей для положения 2 (φ₁ = 60˚), повернутый на 90˚.

В соответствующих точках отрезков этого плана прикладываем все известные внешние силы, включая силы инерции и уравновешивающую силу, перенося их параллельно самим себе со схем групп Ассура.

Для нахождения уравновешивающей силы составляем уравнение моментов всех сил относительно полюса такого плана скоростей, рассматривая его, как жесткий рычаг:

-Р_пс·pе - F_и5·pе – F_и4'·h₉+ G₄·h₁₀ - F_и3'·h₁₁ + G₃·h₁₂ - F_и2'·h₁₃ + G₂·h₁₄ + F_ур·pa = 0 ,

откуда

F_ур = (Р_пс·pе + F_и5·pе + F_и4'·h₉ - G₄·h₁₀ + F_и3'·h₁₁ - G₃·h₁₂ + F_и2'·h₁₃ - G₂·h₁₄)/pa =

= (5000·130.7 + 2304·130.7 + 941.4·139.86 – 1765.8·27.3 +

+ 375.2·92.91- 1373.4·27.3 + 481.5·54.79 – 882.9·115.8)/200 = 4798.0 Н

Погрешность Δ в определении F_ур двумя методами составляет

Δ = [(F_ур^Кст - F_ур^Ж)/ F_ур^Ж]·100% =

[(4796.9 – 4798)/4798]·100% = 0.02%