Контрольная работа по физике - Вариант 0 и Вариант 6 (теория и практика) скачать бесплатно
Вариант 0
Задание 1. 2
Задание 2. 8
Список используемой литературы. 10
Задание 1.
Кинематическая схема механизма и ее параметры.
Ответ.
Чтобы разобраться в устройстве механизма, следует обратить внимание не на отдельно взятые звенья, а на характер их соединения. Подвижное соединение двух звеньев в механизмах называется кинематической парой. При этом следует интересоваться лишь кинематическими возможностями пар (то есть возможностью звеньев совершать определенные движения) и не принимать во внимание конструктивные особенности.
В кинематических парах звенья могут получать относительное, вращательное, поступательное или сложное движение. Соответственно и различают вращательные, поступательные и пары сложного движения. Например, зубчатые колеса образуют вращательную пару, ползун и направляющие устройства — поступательную пару, винт и гайка — пару сложного движения или винтовую пару.
Соединения кинематических пар, в свою очередь, образуют кинематическую цепь. Для изображения механизмов и их составных частей — звеньев и кинематических пар — пользуются стандартными условными обозначениями. Неподвижность звеньев в парах всех видов отмечается на схемах подштриховкой.
В качестве примера приведем последовательное изображение кинематической схемы двигателя внутреннего сгорания, конструкция которого показана на рисунке1.
Ведущим звеном, конечно, является поршень 1, так как движение ему сообщают внешние силы (давление газа или пара). Поршень совершает возвратно-поступательное движение относительно стенок неподвижного цилиндра 2. Ведомое звено — вал с кривошипом 4 — совершает вращательное движение. Между ведущим и ведомым звеньями находится промежуточное — шатун 3, совершающий плоскопараллельное движение.
Рисунок 1. Кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания
Поршень — это ползун, стенки цилиндра — направляющие, следовательно, эта кинематическая пара согласно стандартным условным изображениям изобразится как показано на рисунке 2.I. Вал с кривошипом, совершающий вращательное движение относительно неподвижной опоры, изобразится как показано на рисунке 2, II. Шатун — это стержень, концы которого связаны: один с ползуном, другой с кривошипом (рисунке 2, III). Связав все звенья воедино, получим схематическое изображение механизма двигателя (рисунке 2, IV).
Рисунок 2. Схематическое изображение механизма
В этом механизме — четыре звена: ползун, шатун, кривошип и одно неподвижное звено, обозначенное в двух местах подштриховкой. Однако следует обратить внимание на то, что с кинематической точки зрения — это одно звено, хотя реальных деталей может быть несколько (цилиндр, корпус и т. д.). Кинематических пар также четыре — три вращательных и одна поступательная.
По структурно-конструктивным признакам различают механизмы плоские, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях, и пространственные, которые осуществляют взаимодействие между звеньями, расположенными в различных плоскостях.
На рисунке 3. приведена схема пространственного механизма, у которого звенья (стержни) сочленены двумя парами шарниров: шарнирами с одной осью 1 и сферическими шарнирами 3. Как видно из схемы, ведущее 2 и ведомое 4 звенья могут совершать вокруг шарниров 1 только вращательное движение, каждое в своей плоскости. Промежуточное звено, заключенное между двумя сферическими шарнирами 3, будет совершать сложные колебательные движения.
Рисунок 3. Схема пространственного механизма.
Плоский механизм (рисунок 4) отличается от пространственного тем, что все его звенья, в том числе и опоры, и исполнительного звена (поступательной пары 4), лежат в одной плоскости. Изображенный на схеме механизм содержит шесть вращательных пар 2— шарниров, каждое из которых представляет сочленение двух звеньев 1 и 3 с одной осью, допускающей вращательное их движение только в одной плоскости.
Рисунок 4. Плоский механизм.
Звенья механизмов, в зависимости от их конструктивной особенности, могут быть неподвижны, совершать вращательные, поступательные и другие движения. Но в каждом механизме, преобразующем движение, имеются, как уже можно было увидеть из вышеприведенных примеров, шарниры с заданными наперед кинематическими свойствами.
Кинематические схемы устанавливают состав механизмов и поясняют условия взаимодействия их элементов. Кинематические схемы выполняют в виде развертки: все валы и оси условно считаются расположены в одной плоскости или в параллельных плоскостях. Взаимное положение элементов на кинематической схеме должно соответствовать исходному, среднему или рабочему положению исполнительных органов изделия (механизма). Допускается пояснять надписью положение исполнительных органов, для которых изображена схема. Если элемент при работе изделия меняет свое положение, то на схеме допускается показывать его крайние положения тонкими штрихпунктирными линиями. На кинематической схеме элементам присваиваются номера в порядке передачи движения. Валы нумеруются римскими цифрами, остальные элементы – арабскими. Порядковый номер элемента указывают на полке линии-выноски, проводимой от него. Под полкой линии-выноски указывают основные характеристики и параметры кинематического элемента (тип и характеристику двигателя, диаметры шкивов ременной передачи, модуль и число зубьев зубчатого колеса и др.) ( рис.1).
На кинематических схемах изображают: валы, оси, стержни, шатуны, кривошипы сплошными основными линиями толщиной s; элементы (зубчатые колеса, червяки, звездочки, шатуны, кулачки), показанные упрощенно внешними очертаниями, - сплошными линиями толщиной s/2; контур изделия, в который вписана схема, - сплошными тонкими линиями, толщиной s/3. Кинематические связи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, показывают штриховыми линиями толщиной s/2. 14 Каждый элемент, изображенный на схеме, снабжают цифровым или буквенно-цифровым обозначением. Эти обозначения заносят в перечень элементов, который выполняют в виде таблици, располагаемой над основной надписью и заполняемой сверху вниз по форме (рис.2). Читать кинематическую схему начинают от двигателя, включающегося источником движения всех деталей механизма. Выявляя по условным обозначениям каждый элемент кинематической цепи, изображенный на схеме, устанавливают его назначение и характер передачи движения сопряженному элементу.
Кинематические схемы вычерчивают в виде плоскостного (вид спереди и вид сбоку) и пространственного изображений. На кинематической схеме указывают наименование каждой кинематической группы элементов и основные характеристики и параметры кинематических элементов. Если кинематическая схема служит для динамического анализа, то на ней указывают необходимые размеры и характеристики элементов. Каждому кинематическому элементу на схеме присваивают порядковый номер, валы нумеруют римскими цифрами, а остальные элементы – арабскими.
На кинематических схемах указывают тип, мощность и частоту вращения электродвигателей, размер, исполнение и передаточное отношение редукторов, диаметр и ширину шкивов, типы и количество клиновых ремней, число зубьев и модули зубчатых передач, число заходов, шаг и направление нагрузки червяков и так далее.
Конечной целью проектирования кинематической схемы машины является воспроизведение заданных движений рабочих органов. При проектировании необходимо учитывать динамические свойства механизмов, так как они определяют динамические нагрузки и характер движения звеньев кинематических цепей.
В основе расчёта кинематических цепей механизмов лежат две задачи динамики: по известному закону движения ведущего звена определить силы, приложенные к звеньям механизма и по известным силам определить закон движения по уравнениям Лагранжа.
Задание 2.
Для приведенной в табл. 1 механической системы (номер рисунка соответствует номеру варианта) записать выражение кинетической энергии, выражение элементарной работы сил (сил тяжести, моментов инерции, силы упругости пружины) на возможных перемещениях. В качестве обобщенной координаты принять перемещение груза 1 по вертикали. Нить считать невесомой, нерастяжимой.
Решение.
Скорости тел через обобщенную скорость (рассматриваем малые колебания):
Список используемой литературы.
- Механика машин: учеб. пособие для втузов / И. И. Вульфсон, М. Л. Ерихов, М. З. Коловский [и др.]; под. ред. Г. А. Смирнова. – М.: Высш.шк., 1996. – 511 с.
- Вульфсон, И. И. Динамические расчеты цикловых механизмов /
И. И. Вульфсон. – Л.: Машиностроение, 1976. – 328 с. - Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин: учеб. для втузов /
И. И. Артоболевский. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988. – 640 с.
Контрольная работа
Вариант 6.
Задание 1.
Основные понятия теории наматывания нити, типы паковок.
Ответ.
Типы паковок.
- Фланцевая катушка
| Рис. 1. Фланцевая катушка: dн – диаметр нити; dо – диаметр патрона; lб – длина бобины (высота намотки); α – угол подъёма витка |
Фланцевые катушки используются также в лентоткачестве, производстве швейных ниток, в лубяной и текстильно-галантерейной промышленности.
2. Бобины крестовой намотки
Цилиндрическая бобина (рис. 2). В данных бобинах наматывание производится на цилиндрические патроны, а нити в каждом последующем слое постоянного диаметра перекрещиваются относительно друг друга под углом 9°45'..
Рис. 2. Цилиндрическая бобина крестовой намоткиПодобные бобины имеют почти универсальное применение. Они используются главным образом в кручении, где нить сматывается как тангенциально, так и вдоль оси. Цилиндрические бобины крестовой намотки с довольно постоянной плотностью намотки особенно пригодны для крашения, но для этого необходимы специальные перфорированные патроны (для циркуляции раствора).
Плоская (солнечная) бобина. Плоская бобина в принципе представляет собой цилиндрическую бобину крестовой намотки, которая имеет очень небольшую высоту намотки при сравнительно большом диаметре (рис. 3).
Рис. 3. Плоская (солнечная) бобина крестовой намотки
Высота намотки составляет около 80 мм при диаметре примерно 220 мм. Скорость наматывания может составлять до 1200 м/мин.
Плоские бобины применяются преимущественно в прядении. Кроме того, их используют в производстве рыболовных сетей в качестве уточных нитей.
Коническая бобина. Вследствие постоянного возрастания скоростей сматывания нитей в ткачестве конические бобины приобрели большое значение. Они представляют собой особую форму бобин крестовой намотки, у которых образующие линии намотки формируют усеченный конус. Образующая линия намотки 1 (рис. 4) имеет такой же угол наклона (δ), что и патрон 2, благодаря этому намотка у большого и малого диаметров бобины имеет одинаковую удельную плотность.
Рис. 4. Коническая бобина крестовой намотки
Конические бобины крестовой намотки обычно нарабатываются при скорости около 1200 м/мин, однако возможны также скорости до 1800 м/мин. Предельные скорости при такой форме бобины определяются принципом раскладки нити. Конические бобины применяют в крутильном, ткацком и трикотажном производстве. Как и в случае цилиндрических бобин крестовой намотки, здесь также требуются специальные патроны.
Биконическая бобина. Онанамотана на конусообразный патрон собразующими в виде усеченного конуса. Оба торца бобины также имеют конусообразную форму (рис. 5).
Рис. 5. Биконическая бобина
Намотка на таких бобинах сама по себе стабильна, поэтому она применяется преимущественно для синтетических нитей. Наработка этих бобин требует особой конструкции механизма нитеводителя, обеспечивающего постоянное сокращение хода. Осевой привод бобины образует прецизионную намотку нити. Угол наклона образующей линии составляет 3°30'.
Бобины такого вида применяются в основном при производстве химических нитей на круглотрикотажных машинах.
Вариоконическая бобина. Эта бобина представляет собой особую форму конической бобины крестовой намотки. У таких бобин угол наклона патрона и намотки неодинаковый. На рис. 6 видно, что намотка на патрон начинается при небольшом угле наклона, который возрастает с увеличением диаметра намотки. У основания конуса он составляет 9°15'.
Рис.6. Вариоконическая бобина
В результате вся намотка состоит из конусных слоев, которые образуются благодаря тому, что у основания конуса нити наматываются с большей удельной плотностью, нежели у его вершины.
Эти бобины, называемые еще суперконусными, применяются в трикотажном производстве и в ткачестве. Их максимальный диаметр составляет 280 мм при высоте 150 мм. Масса бобины около 2,5 кг.
3. Бутылочная бобина. Структура бобин этой формы представлена параллельной намоткой (рис. 7). Патрон имеет такое же строение, что и патрон однофланцевой катушки. Внешняя торцевая поверхность – коническая, так что обе торцевые поверхности параллельны друг другу.
Рис. 7. Бутылочная бобина
Бобины бутылочной формы находят применение на ручных трикотажных машинах.
4. Двухконусная цилиндрическая паковка. Такиебобины (рис. 8) производятся с различными видами намотки: копсовая, параллельная и намотка ромбом. Во всех трех случаях намотка сама по себе стабильна, поэтому никаких дополнительных опорных элементов не требуется.
Рис. 8. Двухконусная цилиндрическая паковка
Двухконусная цилиндрическая катушка позволяет производить прецизионную намотку, причем ход нитеводителя с увеличением диаметра катушки уменьшается.
5. Катушка в форме бочонка. Катушка, изображенная на рис. 9, имеет форму бочонка и прецизионную намотку.
Рис. 9. Катушка в форме бочонка
6. Моток имеет прецизионную намотку. Патрон в форме скалочки после процесса наматывания удаляется из мотка (рис. 10). Диаметр и длина такого мотка до 150 мм. Мотки применяются преимущественно для ручных работ.
Рис. 10. Моток
7. Клубок. Для получения клубков применяются клубочные машины. Речь идет о паковках с бечевкой и пряжей массой от 0,5 до 3,5 кг, имеющих диаметр 240 мм и высоту 215 мм в зависимости от типа машин. Однозонная намотка клубка образуется благодаря вращению нитеводителя, ось которого наклоняется относительно оси клубка под постоянным углом (рис. 11). Клубок не имеет патрона и применяется для ручного вязания.
Рис. 11. Клубок
8. Пасма. Это паковка, на которую нить наматывается на мотовиле или мотальной машине.
Рис. 12. Пасма
Виды намотки нитей на бобину
Намотка нити на бобину бывает крестовая, параллельная и сомкнутая (частный вид крестовой намотки).
Расположение нити на паковке характеризуется углом подъёма винтовой линии (α), углом скрещивания (β), углом сдвига витков (φ), шагом (hср) и числом витков (i) нитей (рис. 13, 14).
Рис. 13. Элементы строения намотки
Рис. 14. Схема расположения витков при цилиндрической намотке
Крестовая намотка. При перематывании нить раскладывается по поверхности мотальной паковки по винтовой линии, совершая сложное движение:
- поступательное, вследствие вращения мотальной паковки;
- переносное, вследствие перемещения нити вдоль паковки.
Рис. 15. Пример заправочного рисунка крепового переплетения:
а – схема наматывания; б – план скоростей; 1 – бобина; 2 – патрон; 3 – нитеводитель; 4 – нить
Бобине 1 сообщается частота вращения nб, так что нить 4 вследствие раскладывающего движения нитеводителя 3 наматывается. При этом ход нитеводителя составляет lб. При увеличении диаметра бобины dход нитеводителя может уменьшаться или оставаться постоянным. Векторы результирующей скорости нити vи окружной скорости vб образуют угол подъема. Нитеводителю сообщается скорость vн. Следовательно, можно определить скорость движения нити:
В формуле (3) предполагается, что ход нитеводителя соответствует длине бобины lб, а соотношение приводной скорости нитеводителя nн и самого нитеводителя составляет 1:1, т. е. одному обороту привода соответствует двойной ход нитеводителя.
Согласно рис. 15, имеем:
Сомкнутая намотка
Эта намотка также образуется при угле подъёма винтовой линии α > 10–15°. При такой намотке величина угла сдвига витков мала. Например, для хлопчатобумажной пряжи при диаметре бобины 100 мм угол сдвига витков 1–2° .
Удельная плотность намотки бобин сомкнутой структуры в 1,5 раза больше плотности бобин несомкнутой структуры при всех прочих равных условиях.
При сматывании нити с бобин сомкнутой структуры неравномерность натяжения нити уменьшается на 20 %, а обрывность – на 13 %, что создает благоприятные условия для повышения производительности труда и экономии сырья в ткачестве.
Мотальная паковка крестовой намотки называется бобиной. Она может быть цилиндрической или конической.
При наматывании цилиндрическойбобины, когда скорость нитеводителя постоянна, углы подъема винтовой линии и скрещивания витков на различных участках одного слоя намотки остаются постоянными.
На конической бобине при постоянной скорости нитеводителя угол подъема винтовой линии в одном слое конической бобины уменьшается по мере приближения к большому торцу бобины. Если скорость нитеводителя переменна, то изменение угла подъема винтовой линии является функцией изменения диаметра намотки и скорости нитеводителя.
Параллельная намотка. Если угол скрещивания витков меньше 10 градусов, то намотка называется параллельной. Шаг витка приблизительно равен диаметру нити. Параллельная намотка также может быть сомкнутой и разомкнутой.
При разомкнутой намотке смежные витки пряжи укладываются на паковке с некоторыми промежутками.
При сомкнутой намотке шаг винтовой линии витков пряжи приблизительно равен диаметру нити.
Плотность параллельной намотки, определяемая отношением массы намотки к ее объему, зависит от плотности нити, характера поверхности, линейной плотности нитей, угла подъема витков и величины натяжения нити при перематывании.
Гладкая нить с большой плотностью имеет большую плотность намотки, чем шероховатая и рыхлая. С уменьшением линейной плотности нити и с увеличением гладкости ее поверхности плотность намотки увеличивается. С уменьшением угла подъема винтовой линии плотность намотки увеличивается. При сомкнутой намотке – самая большая плотность.
Основные параметры намотки нити на паковку
1. Линейная плотность нитихарактеризует толщину нитей и определяется отношением их массы к длине, г/км (текс):
где m – масса нити, г; L – длина нити, км.
Различают фактическую, номинальную и кондиционную линейную плотность нитей.
Фактической (Тф) называют линейную плотность нити, определенную опытным путем и рассчитываемую по формуле, текс:
где Σ m – общая масса пасм, г; L – длина нити в пасме, м; n – число пасм.
Номинальной (То) называют линейную плотность одиночной пряжи или нити, запланированной к выработке на производстве.
Кондиционной (Тк) называют линейную плотность нитей, рассчитанную с учетом их нормированной влажности, текс:
где Wн, Wф – соответственно нормированная ифактическая влажность нитей, %.
где n – полное число оборотов бобины за цикл движения нити; n1 – целая его часть.
2. Объем, занимаемый намотанной нитью на конической бобине, с учётом выпуклости на торцах бобины, см3:
где D1 и D2 – большой и малый диаметры бобины с намотанной нитью, см; d1 и d2 – большой и малый диаметры патрона бобины, см; h1 – высота выпуклости сферы наматывания у основания бобины, см; h2 – высота намотки конуса бобины, см; h3 – высота вогнутости сферы у вершины бобины, см.
3. Объем, занимаемый намотанной нитью на цилиндрической бобине, с учётом выпуклости на торцах бобины , см3:
где D – диаметр намотки цилиндрической бобины, см; d – диаметр патрона бобины, см; h1 – высота намотки конической формы у торца бобины, см; h2 – высота намотки цилиндрической части бобины, см.
4. Масса нити на бобине, г:
где g – плотность намотки нити на бобину, г/см3.
5. Длина нити на бобине, м:
6. Угол подъема винтовой линии в некоторой точке поверхности определяется по формуле:
| α = arctg (Vн /Vо) = arctg (Vн / πDn), | (12) |
где Vн – скорость переносного движения (нитеводителя); Vо – окружная скорость (от вращательного движения); D – диаметр намотки в данной точке бобины; n – число оборотов бобины в единицу времени.
Задание 2.
Для приведенной в табл. 1 механической системы (номер рисунка соответствует номеру варианта) записать выражение кинетической энергии, выражение элементарной работы сил (сил тяжести, моментов инерции, силы упругости пружины) на возможных перемещениях. В качестве обобщенной координаты принять перемещение груза 1 по вертикали. Нить считать невесомой, нерастяжимой.
Решение.
Скорости тел через обобщенную скорость (рассматриваем малые колебания):
Кинетическая энергия системы:
Потенциальная энергия системы.
Список используемой литературы.
- Механика машин: учеб. пособие для втузов / И. И. Вульфсон, М. Л. Ерихов, М. З. Коловский [и др.]; под. ред. Г. А. Смирнова. – М.: Высш.шк., 1996. – 511 с.
- Хлопкоткачество: Справочник /Букаев П. Т., Оников Э. А., Мальков Л. А. и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Легпромбытиздат, 1987. – 576 с.
- Теория процессов, технология и оборудование подготовительных операций ткачества / С. Д. Николаев, П. В. Власов, Р. И. Сумарукова, С. С. Юхин. – М.: Легпромбытиздат, 1993. – 255 с.
- Вульфсон, И. И. Динамические расчеты цикловых механизмов /
И. И. Вульфсон. – Л.: Машиностроение, 1976. – 328 с.
