Кинематическое и кинетостатическое исследование рычажных механизмов компрессоров

Угловую скорость звена 4 и ее направление определим аналогичным образом :

ω4 =‌‌‌‌‌‌‌|Vса|/lAC [с-1]

Построение плана ускорений

Построение плана ускорений так же начинаем со звена 1. В общем случае ускорение точки "А", лежащей на кривошипе определится из векторного уравнения:

где аАn -нормальное (центростремительное) ускорение, точки "А"

аАt-тангенциальное ускорение точки "А".

так как кривошип вращается с постоянной угловой скоростью аАt=0.

Центростремительное ускорение точки "А" определим по формуле:

аАn= ω12lОА=VА2/lОА [м/с2] .

Для построения плана ускорений из произвольной Pа проводим луч произвольной длины ( но не менее 100 мм) параллельно кривошипу. Зная величину ускорения аАn и длину отрезка Paa' (мм) определим масштабный коэффициент ускорений Ка.

Ка=|аАn| / Paa' [(м/с2)/мм].

Ускорение точки "В" в сложном движении шатуна определим в соответствием с векторным уравнением :

В уравнении (5) имеется 3 неизвестных по величине параметра при известном их направлении (подчеркнуты) одной линией. Для графического решения уравнения (5) необходимо определить величину одного из неизвестных параметров, в частности величину нормального ускорения точки "В" относительно точки "А" :

аВАn =‌‌‌‌‌‌‌|Vва|2/lав [м/с2]

Вектор ускорения аВАn направлен от точки "В" к точке "А" параллельно шатуну АВ. Величина отрезка изображающего ускорение аВАn определим из соотношения:

а'n'=| аВАn |/Ка [мм]

Определив величину ускорения аВАn и отложив на чертеже отрезок а’n’ решаем уравнение (5) графически. Для этого из точки Ра (полюса плана ускорений) проводим луч, параллельный линии ОВ, который соответствует направлению вектора ускорения точки "В", до пересечения с направлением вектора тангенциального ускорения аВАt.

Полученная фигура является решением уравнения (5); направление векторов на этой фигуре (план ускорений) должны соответствовать уравнению (5).

Величину искомых уравнений определяем умножением соответствующих отрезков плана ускорений на масштабный коэффициент ускорений:

аВАt=Ка·n'в ;

аВА=Ка·ав ;

аВ= Ка·Рав;

На плане ускорений, так же как на плане скоростей определяем положение точек S2 и S4 в соответствии с теоремой подобия, после чего находим величину ускорений центров масс шатунов 2 и 4.

аS2=Ka·Pa S2 ;

аS4= Ka·Pa S4 ;

Для звеньев 4 и 5 искомые ускорения определяем аналогичным образом в соответствии с уравнениями:

;

аСАn=(VCA2)/lAC ;

а'm'=| аCАn |/Ка;

аСАt=Ka· m'c;

аСА =Ka· a'c;

аС =Ka·PaC;

аS4 =Ka·Pa S4.

Величина и направление линейных ускорений характерных точек для звеньев 2 и 4 показана на рис. 4. План ускорений позволяет определить величину и направление угловых ускорений шатунов.

Угловое ускорение шатуна 2:

ε2=( аВАt)/lАВ [с-2]

угловое ускорение шатуна 4:

ε4=( аСАt)/lАС [с-2]

Направление этих ускорений определяется по направлению тангенциальных ускорений, приложенных в соответствующих точках (см.Рис.1 и рис.4).

Планы скоростей и ускорений позволяют определить характер движения звеньев механизма. При одинаковом направлении скорости и ускорения звенья движутся ускоренно, при разном направлении – замедленно.

В нашем случае: звено-1 движется равномерно (по условию), звено 2-ускоренно, звено 3-замедленно, звено 4- замедленно, звено 5-ускоренно.

Необходимо отметить, что кинематический анализ механизма необходимо осуществлять за цикл, который в данном механизме соответствует полному обороту кривошипа.

В предположении, что кинематические параметры механизма не изменяются скачкообразно, их определяют для восьми, двенадцати и более положений кривошипа в зависимости от условий поставленной задачи.

В этом случае план механизма, планы скоростей и ускорений строятся для каждого из этих положений.

Кинетостатический расчет механизма

Кинетостатическим, в отличии от статического, называется расчет механизма с учетом сил инерции. Целью кинетостатического расчета является определение сил, действующих на звенья механизма, реакций в кинематических парах и затрат энергии, необходимой для приведения механизма в движении и выполнения им работы в соответствии с его назначением.

Для выполнения кинематического расчета необходимо иметь:

- планы скоростей и ускорений для заданного положения звеньев механизма;

- величину масс подвижных звеньев и моменты их инерции (для звеньев, совершающих вращательное движение);

- закон изменения силы полезного сопротивления при работе механизма.

Кинетостатический расчет начинается с выделения из механизма групп Ассура, являющихся статически определимой системой. Вначале рассматривается группа, к которой приложена сила полезного сопротивления. В рассматриваемом здесь примере безразлично с какой группы начинать расчет. Вместе с тем, для расчета группу необходимо изобразить на чертеже в таком положении, в котором она находится в механизме с соблюдением масштаба (допускается увеличить размеры звеньев с изменением масштаба изображения).

Для выделенной группы определяем действующие на ее звенья силы (рис 5).

Сила тяжести шатуна G2=m2g (H)

Сила тяжести поршня G3=m3g (Н)

Сила инерции шатуна Pu2=m2 аS2 [H]

Сила инерции поршня Pu3=m2 аВ [H]

Силы инерции приложены в центре масс и направлены против вектора ускорения центра масс.

К звену 2 необходимо еще приложить момент сил инерции

Мu2= - IS2·ε2 [H·м]

который направлен противоположно направлению углового ускорения ε2, о чем свидетельствует знак «минус» в правой части уравнения. Неизвестную реакцию со стороны отброшенного звена заменяем произвольно направленными составляющими R12n и R12t ,величина которых и их истинное направление определяется в процессе выполнения расчета.

Реакция R63 со стороны направляющих поршня 3 (стенок цилиндра) является геометрической суммой силы нормального давления N и силы трения F, направленной противоположно направлению относительной скорости. Реакция RG3 отклонена от силы N на величину угла φ (угол трения), тангенс которого равен коэффициенту трения f. При расчетах механизмов принимают f=0,1 (полусухое трение), следовательно φ=arctgf ≈6°

Реакция в точке "В", где осуществляется соединение шатуна с поршнем является внутренней силой и не влияет на равновесие сил, действующих на эту группу.

Силу полезного сопротивления Рс определяем с помощью индикаторной диаграммы в соответствии с процессом, происходящим в цилиндре компрессора (всасывание, сжатие, нагнетание).

 Скачать реферат