Кинематический анализ механизмов (стр. 1 из 3)

Кинематический анализ механизмов

Содержание

Введение

1. Основные задачи и методы кинематического анализа

2. Построение положений звеньев механизма

3. Функция положения механизма

4. Основные уравнения для определения скоростей и ускорений

5. Кинематические диаграммы

5.1 Построение диаграммы перемещений

Литература

Введение

Тема контрольной работы "Кинематический анализ механизмов" по дисциплине "Теория механизмов и машин".

Цель работы: формирование знаний кинематического анализа механизмов.

Задачи выполнения работы: ознакомление с методами кинематического анализа механизмов.

Основные вопросы темы:

1. Основные задачи и методы кинематического анализа;

2. Построение положений звеньев механизма;

3. Функция положения механизма;

4. Основные уравнения для определения скоростей и ускорений;

5. Кинематические диаграммы.

1. Основные задачи и методы кинематического анализа

Основной задачей кинематики механизмов является изучение движения звеньев механизмов вне зависимости от сил, действующих на эти звенья.

При кинематическом исследовании механизмов рассматриваются следующие основные вопросы:

1) построение планов скоростей;

2) построение траектории любой точки механизма;

3) определение скоростей и ускорений любой точки механизма, определение угловых скоростей и ускорений любого звена механизма, определение радиуса кривизны в любой точке траектории и др.

Кинематическое исследование можно вести как с применением графических методов, так и аналитическим путем. Графические методы исследования, давая достаточную для инженерной практики точность, обычно оказываются проще и нагляднее аналитических. Однако, когда ведется систематическое углубленное исследование какого-либо определенного типа механизма, более удобным оказывается аналитический метод.

При графических построениях на чертеже приходится изображать не только длины звеньев, но и скорости и ускорения отдельных точек, а также и другие величины. В этих условиях удобно использовать масштабный коэффициент, которым называют отношение действительной величины к изображению:

- масштабный коэффициент;

- масштабный коэффициент;

- масштабный коэффициент

2. Построение положений звеньев механизма

Взаимное расположение звеньев движущегося механизма все время меняется, но в каждый данный момент времени расположение звеньев является вполне определенным. Графическое изображение взаимного расположения звеньев, соответствующее выбранному моменту времени, называется планом механизма. Ряд последовательных планов механизма, построенных для моментов времени, следующих друг за другом, называется планом положений и позволяет наглядно проследить за движением механизма.

Построение плана положений механизма начинают с изображения того звена, положение которого задано для данного момента времени.

Кривошипно-ползунный механизм

Рис.1

Из центра О - оси вращения кривошипа ОА радиусами

и на оси X - Xдвижения ползуна отмечаем В₀ - правое В₆ - левое крайние ползуна В. Прямые ОА₀В₀ и ОА₆В₆ - положения механизма, соответствующие крайним положениям В₀ и В₆ ползуна. Траекторию пальца А кривошипа от точки А₀ делим на 12 равных частей и из полученных точек А₁, А₂, А₃ … А₁₁ радиусами АВ= =… отмечаем положения В₁, В₂, В₃ …В₁₁ ползуна на линии В₀В₆. Соединив точки А₁, А₂, А₃ … А₁₁ с центром О и соответствующими точками В₁, В₂, В₃ …В₁₁, получим планы механизма. Кривая, последовательно соединяющая центры S₀, S₁, S₂ …S₁₁ шатуна в различных его положениях, будет шатунной кривой.

3. Функция положения механизма

Функцией положения механизма называется зависимость координаты выходного звена от обобщенных координат механизма.

Перемещения, скорости и ускорения звеньев и точек механизма является функциями перемещений, скоростей и ускорений звеньев механизма, принятых за ведущие. Число ведущих звеньев механизма должно быть равно числу степеней подвижности механизма или, что то же самое, числу обобщенных координат механизма.

Рассмотрим, в какой форме могут быть заданы законы ведущих звеньев. Эти законы называют функциями перемещений, скоростей и ускорений.

Функция перемещений может быть задана в аналитической форме в виде соответствующей функции, связывающей перемещение ведущего звена со временем (рис.2).

Рис.2

Если ведущее звено входит во вращательную пару со стойкой, то задается функция φ=φ (t), где: φ - угол поворота ведущего звена относительно неподвижной системы координат ХОY, связанной со стойкой, а t - время.

Если ведущее звено входит в поступательную пару, то задается функция s=s (t), где s - перемещение произвольно выбранной точки А ведущего звена относительно неподвижной системы координат, связанной со стойкой, а t - время.

Функции φ=φ (t) и s=s (t) могут быть также заданы графически в виде кривых, где по осям ординат отложены углы поворота φ или перемещения sв некоторых выбранных масштабах

и , а по осям абсцисс время tв выбранном масштабе (рис.3).

Рис.3

φ₀ = 0; φ_i - φ₀ =

· в;

Соответственно время t_i, за которое ведущее звено повернулось на угол φ_iравно:

t_i - t₀ =

·a;

Если закон движения ведущего звена задан в виде функций скоростей ω=ω (t) или v=v (t), то переход от функций скоростей к функциям перемещений может быть осуществлен путем вычисления интегралов:

кинематический анализ механизм ускорение

и ;

где: φ₀, s₀, t₀ - угол, перемещение и время, соответствующие начальному положению ведущего звена.

Если закон движения ведущего звена задан в виде функций ускорений ε=ε (t) и ω=ω (t), то переход к функциям скоростей осуществляется путем вычисления интегралов:

и

где: ω₀, v₀, t₀ - угловая скорость, линейная скорость и время, соответствующие начальному положению ведущего звена.

4. Основные уравнения для определения скоростей и ускорений

Связь между скоростями и ускорениями общих точек звеньев кинематической пары зависит от пары.

Рассмотрим два случая составления векторных уравнений скоростей и ускорений:

а) две точки принадлежат одному звену и удалены друг от друга на расстояние l (рис.4).

Рис.4

Из теоретической механики известно, что скорость любой точки абсолютно твердого тела можно представить как геометрическую сумму скоростей переносного и относительного движений.

Переносным движением для рассматриваемого звена будем считать поступательное движение со скоростью точки А, а относительным - вращательное движение звена вокруг точки А. Векторное уравнение для скорости точки В:

;

При вращении звена вокруг точки А точка В движется по окружности ββ, описанной из точки А. Поэтому скорость V_BAнаправлена по касательной к дуге ββ, т.е. перпендикулярна линии АВ.

Величина скорости V_BA=ω·АВ или V_BA=ω·

.

По направлению V_BAможно найти направление ω и наоборот.

Т.к. переносное движение выбрано поступательным, то ускорение точки В можно составить из 2-х ускорений: ускорения точки А и ускорения точки В при вращении звена вокруг точки А.

При движении точки В по окружности ββ ускорение W_BAскладывается из 2-х ускорений: нормального

, направленного к центру вращения, и тангенциального , направленного по касательной к дуге ββ, т.е. перпендикулярно линии АВ. Векторное уравнение для ускорения точки В: