Курсовое проектирование по теории механизмов и механике систем машин

Задания для курсового проекта и контрольных работ по дисциплине «Теория механизмов и механика машин»

ЗАДАНИЕ № 1Д

Тема проекта: Двухтактный одноцилиндровый двигатель.

Кинематическая схема: двухтактный двигатель содержит криво- шипно-ползунный механизм, состоящий из звеньев 1, 2, 3, и кулачковый привод гидроклина, состоящий из звеньев 4, 5, 6. Кулачок получает вращение через зубчатые колеса zш и zK.

Развернутая индикаторная диаграмма

№ положения		1	2	3		4			5	6			7			8	9		10		11		12	13
Fi ·102, H		44	40	27		12			8	4			2			3	6		9		16		25	60
	Исходные данные к заданию № 1Д
Параметры и идентификаторы												Варианты
Кривошипно-ползунный механизм			1		2		3		4		5			6		7		8	9		10		11		12
Частота вращения, с–1	ω1		250		300		350		400		650			450		500		550	600	650			400		450
Длина кривошипа, м	l1·10–1		1,5		1,6		1,8		2		2,4			2,6		2,8		3	2,2		2,5		2		2,2
Длина шатуна, м	l2·10–1		7,5		7,6		7,8		8		8,2			8,4		8,6		8,8	9		8		8		7
Коорд. ЦМ кривошипа, м	l3·10–1		0,7		0,8		1		1,5		1,6			1,7		1,4		1,5	1,2		1,4		1		1,2
Коорд. ЦМ шатуна, м	l4·10–1		3,2		3,4		3,6		3,8		4			4,2		4		4,2	1,4		4		4		3,8
Масса кривошипа, кг	m1·10–1		5,2		5,4		5,6		5,8		6			6,2		6,4		6,6	6,8		6		5		7
Масса шатуна, кг	m2·10–1		7,2		7,4		7,6		7,8		8			8,3		8,4		8,6	8,8		8,5		7		8
																								301

Стр. 301

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Параметры и идентификаторы								Варианты
Масса поршня, кг	m3·10–1		15	15	14	16	16,5		17	17,5	18	18,5	18,8	18	14
Момент инерции	–5
кривошипа, кгм2	J0·10		7,5	7,4	7,6	7,8	8		8,2	8,4	8,6	8,8	8,5	8	8,2
Момент инерции шатуна,	JS2·10	–4	1,2	1	0,9	1	1,1		1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,4	1,6
кгм2
Неравномерность хода	δ ·10–1		0,4	0,3	0,4	0,5	0,4		0,3	0,4	0,3	0,4	0,5	0,4	0,3
Зубчатая передача	zШ		14	13	12	15	16		12	13	14	15	16	15	16
	zК		25	20	28	30	18		20	24	22	19	24	20	22
	m, мм		4	5	6	7	8		7	6	5	10	8	5	8
Кулачковый механизм	h, мм		10	9	8	11	12		8	9	10	11	12	8	10
	φ0y		60	80	100	60	80		100	60	120	80	1000	80	60
	φ0дс		10	20	10	20	10		20	20	20	30	10	30	10
	φc		80	100	60	120	100		80	120	60	80	80	80	100
Закон движения			параб	sin	cos	параб	sin		cos	параб	sin	cos	sin	параб	cos

ЗАДАНИЕ № 2Д

Тема проекта: Двухтактный одноцилиндровый двигатель.

Кинематическая схема: двухтактный двигатель содержит криво- шипно-ползунный механизм, состоящий из звеньев 1, 2, 3, и кулачковый привод гидроклина, состоящий из звеньев 4, 5, 6. Кулачок получает вращение через зубчатые колеса zш и zK.

Развернутая индикаторная диаграмма

№ положения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Fi ·102, H	60	48	30	13	7	4	2	3	5	9	15	25	60

302

Стр. 302

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Исходные данные к заданию № 2Д

Параметры и идентификаторы							Варианты
Кривошипно-ползунный механизм			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Частота вращения, с–1	ω1		250	550	600	650	750	700	300	350	400	500	450	600
Длина кривошипа, м	l1·10–2		15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	20	18
Длина шатуна, м	l2·10–2		55	57	59	60	62	64	66	68	70	72	60	58
Коорд. ЦМ кривошипа, м	l3·10–2		7,0	8,0	9,0	10	9,0	10	11	12	13	14	10	9,0
Коорд. ЦМ шатуна, м	l4·10–2		20	22	25	28	24	29	30	32	35	30	30	25
Масса кривошипа, кг	m1·10–2		34	35	36	38	40	50	45	56	58	60	40	50
Масса шатуна, кг	m2·10–2		48	50	52	55	60	63	66	68	70	72	60	50
Масса поршня, кг	m3·10–2		6,0	7,0	8,0	8,2	8,5	8,7	8,9	9,0	8,0	6,0	8,0	9,0
Момент инерции кривоши-	–5
па, кгм2	J0·10		0,7	0,8	0,9	0,95	1,0	1,2	1,15	1,25	1,3	1,35	1,2	0,9
Момент инерции шатуна,	JS2·10	–4	2,0	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,8	2,9	3,0	3,2	2,3	2,5
кгм2
Неравномерность хода	δ·10–2		4,0	3,0	5,0	4,0	3,0	5,0	4,0	5,0	3,0	4,0	4,0	3,0
Зубчатая передача	zШ		12	13	14	15	12	13	14	15	14	15	14	15
	zК		16	20	22	18	20	22	20	24	20	26	20	20
	m, мм		6,0	5,0	7,0	8,0	9,0	10	9,0	8,0	6,0	5,0	5,0	8,0
Кулачковый механизм	h, мм		8,0	9,0	10	11	12	8,0	9,0	10	11	12	8,0	10
	φ0y		120	100	80	60	60	80	100	120	80	100	80	100
	φ0дс		20	30	10	20	30	10	20	30	10	20	10	20
Закон движения	φc		80	60	80	100	120	80	60	100	120	60	60	80
			параб	sin	cos	параб	sin	cos	параб	sin	cos	sin	параб	cos

ЗАДАНИЕ № 3Д

Тема проекта: Воздушный одноступенчатый компрессор.

303

Стр. 303

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Кинематическая схема: воздушный компрессор содержит криво- шипно-ползунный механизм 1, 2, 3 и кулачковый привод выпускного клапана, состоящий из звеньев 4, 5, 6. Кулачок получает вращение через зубчатые колеса zш и ZK.

Развернутая индикаторная диаграмма

	№ положения	1	2		3	4	5			6		7			8			9	10		11				12		13
	Fi ·102, H	1,0	0,63		0,1	0,1	0,1			0,1		0,1		0,2			0,3		0,6		0,8			0,9			1,0
			Исходные данные к заданию № 3Д
	Параметры и идентификаторы													Варианты
	Кривошипно-ползунный механизм					1		2	3		4		5			6		7		8	9		10		11			12
	Частота вращения, с–1				ω1	50		60	70		80		50			60		70		80	90		60		70			80
	Длина кривошипа, м			l1·10–2		10		12	14		15		12			14		15		12	14		15		16			12
	Длина шатуна, м			l2·10–1		5		6	7		8		5			6		7		6	7		8		6			5
	Коорд. ЦМ кривошипа, м			l3·10–2		5,0		6,0	7,0		7,0		6,0			7,0		8,0		5,0	7,0	8,0			8,0			6,0
	Корд. ЦМ шатуна, м			l4·10–1		2		3	4		3		2			3		4		3	4		4		3			2
	Масса кривошипа, кг			m1·10–1		1,2		1,4	1,6		1,8		1,3			1,4		1,5		1,2	1,3	1,4			1,5			1,2
	Масса шатуна, кг			m2·10–1		2,5		2,6	2,7		2,8		2,5			2,6		2,7		2,3	2,5	2,6			2,8			2,4
	Масса поршня, кг			m3·10–1		3,5		3,6	3,7		3,8		3,4			3,5		3,6		3,2	3,4	3,5			3,8			3,5
	Момент инерции кривошипа,			J0·10–3
	кгм2					8,0		8,5	9,0		9,5		8,2			9,0		9,5		8,3	8,5	9,0			9,5			8,0
	Момент инерции шатуна, кгм2			JS2·10–2		2,0		2,5	3,0		4,0		2,0			2,5		3,0		2,2	2,5	3,0			3,5			2,0
	Неравномерность хода			δ ·10–2		4,0		3,0	2,0		2,0		30			4,0		2,0		3,0	4,0	2,0			3,0			4,0
	Зубчатая передача				zШ	11		12	13		14		15			14		13		12	12		13		14			15
					zК	17		18	19		20		21			20		20		19	18		18		20			20
				m, мм		6,0		7,0	8,0		9,0		10			9,0		8,0		7,0	6,0	9,0			8,0			7,0
	Кулачковый механизм			h, мм		7,0		7,0	7,0		8,0		8,0			8,0		9,0		9,0	9,0	10			10			10
				e, мм		6,0		7,0	8,0		9,0		10			9,0		8,0		7,0	6,0	6,0			7,0			8,0
					φ0y	60		80	100		120		120			100		80		60	100	80			120			80
					φ0дс	10		20	30		10		20			30		10		20	30		10		20			30
					φc	120		100	80		60		80			100		120		100	80		60		100			120
	Закон движения					параб		sin	cos		параб		sin			cos		параб		sin	cos	sin			параб			cos

304

Стр. 304

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

ЗАДАНИЕ № 4Д

Тема проекта: Гидромотор.

Кинематическая схема: гидромотор состоит из кривошипноползунного механизма 1, 2, 3. Распределительный золотник выполнен в виде толкателя кулачкового механизма. Кулачок получает вращение от главного вала 1 через зубчатую передачу zш, zк, z1.

Исходные данные к заданию № 4Д

Параметры и идентификаторы						Варианты
Кривошипно-ползунный механизм		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Частота вращения, с–1	ω1	75	73	70	68	65	63	60	58	55	53	50	48
Длина кривошипа, м	l1·10–1	0,4	0,5	0,6	0,5	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4
Длина шатуна, м	l2·10–1	1,8	1,9	2	2,1	2,2	2,3	2,4	1,8	2	2,2	2,4	2
Коорд. ЦМ кривошипа, м	l3·10–1	0,2	0,3	0,3	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,2	0,3	0,3	0,2
Коорд. ЦМ шатуна, м	l4·10–1	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,4	0,9	1	1,1	1,2	1
Масса кривошипа, кг	m1	2	2,1	2,2	2,3	2,4	2,2	2,3	2,4	2,5	2	2,1	2,2
Масса шатуна, кг	m2·10–1	8	9	10	11	12	14	14	12	11	10	9	8
Масса поршня, кг	m3	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	2	1,9	1,8	1,7	1,6	1,7
Момент инерции кривошипа,	J0·10–2
кгм2		2	3	4	5	6	5	4	3	2	3	4	5
Момент инерции шатуна, кгм2	JS2·10–3	4	5	6	7	8	9	8	7	6	5	4	6
Неравномерность хода	δ ·10–1	0,5	0,4	0,3	0,2	0,4	0,5	0,3	0,4	0,5	0,4	0,5	0,4
Усилие нагнетания, н	F·103	7	8	9	10	11	12	7	8	9	10	11	12
Зубчатая передача	zШ	11	12	13	14	15	14	15	14	13	12	13	14
	zК	24	13	27	29	32	30	32	25	27	25	28	30
	m, мм	3	4	5	3	4	5	3	4	5	3	4	5

305

Стр. 305

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Параметры и идентификаторы						Варианты
Кулачковый механизм	h, мм	8	9	10	12	14	15	14	12	10	8	10	12
	φ0y	60	80	100	60	80	100	80	60	100	80	60	100
	φ0дс	10	20	30	10	20	30	10	20	30	10	20
	φc	100	120	80	100	60	80	100	120	60	80	100	60
Закон движения		параб	sin	cos	параб	sin	cos	параб	sin	cos	sin	параб	cos

ЗАДАНИЕ № 5Д

Тема проекта: Гидроцилиндр.

Кинематическая схема: гидромотор состоит из кривошипно-пол- зунного механизма 1, 2, 3. Распределительный золотник выполнен в виде толкателя кулачкового механизма. Кулачок получает вращение от главного вала 1 через зубчатую передачу zш, zк, z1.

Исходные данные к заданию № 5Д

Параметры и идентификаторы							Варианты
Кривошипно-ползунный механизм		1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11	12
Частота вращения, с–1	ω1	80	90	100	110	120		110	100	80	90	100	110	120
Длина кривошипа, м	l1·10–2	2	3	2,2	2,4	2,5		2,6	2,7	2,8	3	2,5	2,2	2,5
Длина шатуна, м	l2·10–1	1	1,2	1,4	1,5	1,4		1,3	1,2	1,1	1,0	1,1	1,2	1,3
Коорд. ЦМ кривош., м	l3·10–2	1,0	1,2	1,1	1,1	1,2		1,3	1,3	1,4	1,5	1,0	1,0	1,0
Коорд. ЦМ шатуна, м	l4·10–2	5	6	7	8	7		6	7	5	6	5	6	7
Масса кривошипа, кг	m1·10–1	2	2,5	3	3,5	4		4	3,5	3	2,5	2	3	4
Масса шатуна, кг	m2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7		0,8	0,7	0,5	0,5	0,4	0,6	0,8
Масса поршня, кг	m3	0,5	0,6	0,6	0,7	0,8		0,9	0,9	0,7	0,8	0,6	0,8	0,9

306

Стр. 306

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Параметры и идентификаторы						Варианты
Момент инерции кривошипа,
кгм2	J0·10–5	4,0	4,5	5	6	6,5	5,5	3	5,5	5	4	6	6,5
Момент инерции шатуна, кгм2	JS2·10–4	12	13	14	15	16	15	14	13	14	12	15	16
Неравномерность хода	δ ·10–2	4	2	3	4	2	3	4	2	3	4	2	3
Усилие нагнетания, н	F·103	25	30	35	40	50	40	35	30	25	30	35	40
Зубчатая передача	zШ	12	13	14	15	14	13	12	13	14	15	12	13
	zК	18	19	20	21	22	20	22	20	18	19	20	21
	m, мм	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	3,5	4,0	4,5
Кулачковый механизм	h, мм	5	6	7	8	9	10	9	8	7	6	5	8
	φ0y	60	80	100	120	120	100	80	60	80	100	120	100
	φ0дc	10	20	30	10	20	30	10	20	30	10	20	30
	φc	80	100	60	60	80	100	60	80	100	120	100	80
Закон движения		параб	sin	cos	параб	sin	cos	параб	sin	cos	параб	sin	cos

СОДЕРЖАНИЕ
Введение................................................................................................	308
Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма.............	309
Кинематический анализ механизма...................................................	310
Кинетостатический анализ механизма ..............................................	316
Динамический анализ механизма и расчёт маховика......................	319
Профилирование кулачка....................................................................	325
Построение эвольвентного зубчатого зацепления...........................	329
Указания по выполнению расчётов
для курсового проекта по ТММ..........................................................	332
Заключение...........................................................................................	339
Образец выполнения программы ТММ.exe ......................................	333
Список литературы..............................................................................	340

307

Стр. 307

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

ВВЕДЕНИЕ

Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям безопасности обслуживающего персонала, а также эксплутационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям.

Проект содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных (роботов и манипуляторов) и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых и др.).

Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению

иобобщению теоретических данных, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчёту механизмов и машин, кроме того прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.

Вбольшинстве проектных заданий рассматриваются, кроме шар- нирно-рычажных механизмов, кулачковые, зубчатые и трансмиссионные механизмы-приводы, предназначенные для передачи движения к исполнительным органам.

Цель курсового проектирования – привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения.

Задачи курсового проектирования:

1)оценка соответствия структурной схемы механизма основным условиям работы машины или прибора;

2)проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по основным и дополнительным условиям;

3)силовой анализ механизма с учётом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением; защита механизмов и машин от механических колебаний; определение мощности и выбор типа двигателя;

4)анализ режима движения механизма при действии заданных сил

ирасчёт маховика;

5)проектирование механизмов с прерывистым движением выходного звена;

6)проектирование зубчатых рядовых, планетарных механизмов и расчёт оптимальной геометрии зубчатых зацеплений;

7)уравновешивание механизмов с целью уменьшения динамических нагрузок на фундамент и уменьшения сил в кинематических парах.

308

Стр. 308

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

При разработке комплексного задания для курсового проекта используются характерные механизмы, при проектировании которых усваиваются важнейшие методы синтеза и анализа механизмов.

Целесообразность принятия конкретных решений при проектировании механизмов обосновывается функциональным назначение данной машины.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННОГО МЕХАНИЗМА

1. Изобразим структурную схему механизма.

Рис. 1.1. Кривошипно-ползунный механизм: звено 1 – кривошип – совершает вращательное движение;

звено 2 – шатун – совершает плоское движение; звено 3 – ползун – совершает поступательное движение. О, А, В, В' – кинематические пары

2. Найдём степень подвижности механизма по формуле Чебышева:

W = 3n – 2p5 – 1p4,

где n – число подвижных звеньев;

p5 – число кинематических пар 5-го класса; p4 – число кинематических пар 4-го класса.

3. Разложим механизм на структурные группы Ассура и входное (ведущее) звено.

309

Стр. 309

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

W = 3n – 2p5 = 3 · 2 – 2 · 3 = 0

Рис. 1.2. Структурная группа второго класса второго порядка

W = 3n – 2p5 = 3 · 1 – 2 · 1 = 1

Рис. 1.3. Механизм первого класса (входное звено)

4.Запишем структурную формулу механизма 1 → 222.

5.Определим класс, порядок всего механизма.

Исследуемый механизм состоит из механизма первого класса и структурной группы (шатун и ползун) второго класса второго порядка, следовательно, механизм О, А, В, В' – механизм второго класса второго порядка.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

Исходные данные: lOA, м; lAB, м; ω1, с–1.

При кинематическом анализе решаются три задачи:

–задача о положениях;

–задача о скоростях;

–задача об ускорениях.

310

Стр. 310

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)