Структурный анализ, проектирование, кинематический и силовой расчет кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров
Определение размеров кривошипа и шатунов. Построение кинематической схемы механизма. Расчет веса поршней, шатунов, моментов инерции шатунов. Определение линейных и угловых скоростей. Сравнение величин уравновешивающей силы, полученных двумя способами.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.11.2017 |
Размер файла | 447,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В Г. ВЯЗЬМЕ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Структурный анализ, проектирование, кинематический и силовой расчет кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров
Дисциплина: «Теория механизмов и машин»
Студент: Кузьменков Е.А.
Преподаватель: к.т.н. Осипян В. Г.
2011
Задание на курсовую работу
Кривошипно-ползунный механизм
Рассчитывается и анализируется кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма V-образного двигателя внутреннего сгорания. На схеме должно быть обозначено: 1 -- кривошип, 2, 4 -- шатуны, 3,5 -- поршни (ползуны), 6 - неподвижная часть механизма - стойка. Стрелкой показано направление угловой скорости щ. Точки S2, S4 - центры масс шатунов. Длины шатунов одинаковы, т.е. lАВ =lAC. В цилиндре В рабочий ход, в цилиндре С--выпуск, Ps = 0. При силовом расчете вес звеньев Gг -- G4 -- G, = Gs -- 0 (не учитывать).
Обозначения на схеме и в таблице вариантов
H - полный ход поршня [мм];
Я - угол развала цилиндров,
Dn- диаметр поршня [мм];
р - давление в цилиндре В []
ц - угол поворота кривошипа, отсчитываемый от линии ОВ0, соответствующей «мертвому» положению первого поршня,
л= , где r - длина кривошипа [мм], l - длина шатунов [мм],
S - перемещение поршня от верхней «мертвой» точки [мм],
п - частота вращения кривошипа об/мин
- отношения, определяющие положения центров масс.
Вариант |
Н, мм |
Dn, мм |
1, град |
в, град |
n, об/мин |
p, |
|||
10 |
88 |
0,25 |
82 |
45 |
80 |
2400 |
0,33 |
45 |
ВВЕДЕНИЕ
кривошип шатун скорость
В курсовой работе по дисциплине «Теория механизмов и машин» необходимо провести структурный анализ, проектирование, кинематический и силовой расчет кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров.
Основными целями и задачами курсовой работы являются:
- определение подвижности механизма и его разделение на более простые составляющие - структурные группы для облегчения силового расчета;
- проектирование механизма и определение его основных размеров;
- нахождение скоростей и ускорения центров масс и угловые скорости ускорения звеньев механизма;
- определение усилий (реакций) в кинематических парах и уравновешивающей силы (уравновешивающего момента). Силовой расчет проводится кинетостатическим методом, то есть учитывает силы и моменты инерции, возникающие при движении механизма;
- сравнение величин уравновешивающей силы, полученных двумя способами.
1.ГЛАВА 1 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА
1.1 Описание механизма
Рисунок 1. Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма
Механизм представляет собой шестизвенный рычажный механизм
Звено 1- кривошип ОА, производящий равномерное вращение вокруг оси.
Звено 2- шатун АВ, совершает плоскопараллельное движение.
Звено 3- ползун В, движется поступательно вдоль прямой ОВ.
Звено 4- шатун АВ, совершает плоскопараллельное движение.
Звено 5- ползун С, движется поступательно вдоль прямой ОС.
Звено 6- неподвижная стойка.
Двигатель двухцилиндровый. Номера цилиндров на рисунке 1 даны в скобках. Параметры механизма изложены в задании на курсовую работу.
1.2 Степень подвижности механизма
Движение всех звеньев рассматриваемого кривошипно-ползунного механизма происходит в одной плоскости, соответственно механизм является плоским. Степень подвижности механизма W определяется по формуле Чебышева
(1.2.1)
где n число подвижных звеньев, p5 - число кинематических пар V класса, p4 - число кинематических пар IV класса.
Таблица 1.2.1
Кинематические пары
Звенья |
Вид пары |
Подвижность |
Класс |
|
1-6 |
Вращательная В |
низшая |
V |
|
1-2 |
Вращательная В |
низшая |
V |
|
1-4 |
Вращательная В |
низшая |
V |
|
2-3 |
Вращательная В |
низшая |
V |
|
3-6 |
Поступательная П |
низшая |
V |
|
4-5 |
Вращательная В |
низшая |
V |
|
5-6 |
Поступательная П |
низшая |
V |
Кинематические пары - подвижные соединения двух звеньев, отмечены на исходной схеме (рисунок 1) цифрами в кружочке и сведены в таблицу 1.1. Все семь пар обеспечивают контакт по площади и поэтому относятся к низшим парам - парам V класса. Высших кинематических пар - пар IV класса, обеспечивающих контакт в точке или вдоль линии, в данном механизме нет.
В результате: число кинематических пар V класса p5 = 7, число кинематических пар IV класса p4 =0.
Используя формулу 1.2.1 определяем подвижность механизма:
Величина подвижности W=1 говорит о том, что положение механизма в пространстве определяется одной обобщенной координатой. Такой механизм является оптимальным так как он подвижен W>0 и его можно привести в движение одним приводом.
1.3 Структурные группы механизма
Рычажный механизм состоит из механизма 1-го класса и двухпроводковых групп (диад). Разделение механизма на структурные группы облегчает выполнение силового расчета.
Структурный анализ начинаем с дальней диады. 1. Диада 4 -- 5 (рисунок 2) - шатун АС с ползуном В -- представляет собой двухпроводковую группу второго вида, т.е. диаду с двумя вращательными и 3 и 6 и одной поступательной (конечной) парами.
Рисунок 2. Диада 4-5
Число подвижных звеньев n=2.
Число кинематических пар с учетом незадействованной (з), но учитываемой при определении степени подвижности диады
Степень подвижности диады
2. Диада 2 -- 3 (рисунок 3) -- шатун АВ и ползуном В представляет собой двухповодковую группу второго вида, т.е. диаду с двумя (2), (4) вращательными и одной (5) поступательной (конечной) парами.
Рисунок 3. Диада 2-3
Число подвижных звеньев п =2.
Число кинематических пар с учетом незадействованной 2, но учитываемой при определении степени подвижности диады
Степень подвижности диады 2 -- 3
3. Механизм 1 класса (рисунок 1.3.3) - ведущее звено 1 (кривошип ОА), соединенное шарниром О с неподвижной стойкой 6.
Рисунок 4. Диада 1-6
Число подвижных звеньев n=1.
Кинематические пары в точке ,4 учтены в диадах 4 -- 5 и 2 -- 3.
Число кинематических пар р5= 1, р4= 0.
Степень подвижности механизма 1 -го класса
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА
2.1. Определение размеров кривошипа и шатунов
Радиус кривошипа 104 --r определяется через ход поршня Н по формуле
(2.1)
Длины шатунов l=lAB=lAC определяются через радиус кривошипа и параметр
(2.2)
2.2 Построение кинематической схемы механизма . Кинематическая схема при заданном положении ведущего звена 1=450
Выбираем масштаб длин 1
Пусть радиусу кривошипа l0А соответствует на чертеже отрезок О А. Тогда масштаб построения будет равен
Вычерчиваем механизм (рисунок 5).
Рисунок 5. Схема механизма при
Проведем вертикальную линию DD' - ось симметрии механизма.
Из произвольной точки О, лежащей на этой линии, принимаемой за центр вращения кривошипа, проведем две прямые линии под углом
к вертикальной линии.
Получим оси цилиндров ОB и ОС. От оси ОB левого цилиндра отложим угол
На стороне этого угла отложим отрезок ОА изображающий положение кривошипа
Из точки А радиусом AB=AC=148 мм делаем засечки на осях цилиндров. Получим точки В и С, определяющие положения поршней при
Изобразим поршни в виде ползунов в произвольном масштабе
Соединим точки В и С с точкой А
Отложим от точки А отрезки АS2 и АS4 на линиях АВ и АС
Отложим на отрезке АВ расстояние (исходя из соотношения ) получаем точку
Отложим на отрезке АC расстояние (исходя из соотношения ) получаем точку
Когда кривошип ОА и шатун АВ располагается на одной линии, 1-й цилиндр кривошипно-ползунного механизма находится в одной из «мертвых точек». Это происходит при пересечении осевой линии цилиндра 1 и окружности с радиусом равным длине кривошипа с центром в точке О.
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА
3.1 Определение скоростей методом построения планов скоростей
Угловая скорость кривошипа определяется из его частоты вращения, которая равна . Угловая скорость кривошипа:
рад/сек. (3.1)
Модуль определяется по формуле:
(3.2)
м/сек.
Выбираем v - масштаб построения плана скоростей. Пусть вектору скорости vA соответствует отрезок ра, где точка р -- начало построения плана скоростей; р - полюс плана скоростей. Тогда масштаб построения плана скоростей (масштаб скоростей).
(3.4)
При выполнении курсового проекта отрезок ра на плане скоростей следует выбирать в пределах 80 - 120 мм. Выберем ра=85мм. Тогда находим:
Вектор скорости точки А направлен перпендикулярно кривошипу ОА в сторону движения. Строим из полюса скоростей направление скорости точки А и откладываем на нем величину, равную pVa = V · Vл = 9,2 · 9,3 =85,56 мм.
Движение точки В можно рассматривать как поступательное движение вместе с ползуном В. Вектор скорости точки В направлен вдоль направляющей ползуна, тоесть вдоль линии ОВ. Строим из полюса скоростей направление скорости точки В.
Движение точки В может также рассматриваться как плоское движение вместе с шатуном АВ. Тогда скорость точки В находится как скорость при плоском движении: , где - скорость точки В, - скорость точки А, - скорость вращения точки В вокруг точки А в плоском движении. Из точки а (конец вектора скорости точки А) строим прямую, перпендикулярную шатуну АВ (скорость VBА перпендикулярна шатуну АВ).
На пересечении направлений получаем точку b. Отрезок pVb определяет скорость точки В в масштабе V. Отрезок ab определяет скорость вращения точки В вокруг точки А в плоском движении.
Движение точки С можно рассматривать как поступательное движение вместе с ползуном С. Вектор скорости точки С направлен вдоль направляющей ползуна, тоесть вдоль линии ОС. Строим из полюса скоростей направление скорости точки С.
Движение точки С может также рассматриваться как плоское движение вместе с шатуном АС. Тогда скорость точки С находится как скорость при плоском движении:
,
где - скорость точки С,
- скорость точки А,
- скорость вращения точки С вокруг точки А, в плоском движении.
Из точки а строим прямую, перпендикулярную шатуну АС (скорость VСА перпендикулярна шатуну АС).
На пересечении направлений получаем точку с. Отрезок pVс определяет скорость точки С в масштабе V. Отрезок aс определяет скорость вращения точки С вокруг точки А в плоском движении.
Для определения скоростей центров масс шатунов S2 и S4 воспользуемся теоремой подобия (Всякая жесткая фигура на схеме механизма имеет себе подобную на плане скоростей и плане ускорений при том же направлении обхода контура). Измеряем отрезок ab и откладываем на нем от точки а величину, равную 0,33 · аb= 0,33 · 196 = 64,68 мм. (lAS2 / lAB = 0,33 по исходным данным). Получаем точку s2. Отрезок pVs2 определяет скорость точки S2 в масштабе V. Измеряем отрезок ac и откладываем на нем от точки а величину, равную 0,33 · ас = 0,33 · 195 = 64,35 мм. (lAS4 / lAB = 0,33 по исходным данным). Получаем точку s4. Отрезок pVs4 определяет скорость точки S4 в масштабе V.
3.1.1 Определение линейных и угловых скоростей
Ранее определено:
VA = 9,3 м/с ;
1 = 251,2 рад/с.
Измерениями на чертеже определено:
pVb = 147 мм, pVс = 125мм, pVs2 = 180 мм, pVs4 = 184 мм, ab = 195 мм, aс = 195 мм
Используя полученные измерения вычислим:
VВ = pVb / V = 147/ 9,2=15,97 м/с
VC = pVc / V = 125 / 9,2= 13,58 м/с
VS2 = pVs2 / V = 180 / 9,2= 19,56 м/с
VS4 = pVs4 / V = 184 / 9,2=20 м/с
2 = VBA / lBA = ab / (V · lBA) = 196 / (9,2 · 0,148) = 315,3 рад/c
4 = VCA / lCA = ac / (V · lCA) = 195 / (9,2 · 0,148) = 313,7 рад/c
3.1.2 Построение планов скоростей для “мертвых” положений механизма = 00.
Строим полюс скоростей pV.
Откладываем направление и величину (в масштабе) скорости VA = 12.3 м/с, найденной выше. Направление изменилось, т.к. изменилось положение механизма.
Строим направления скоростей VB и VBA. Они в данном случае имеют одинаковое направление, поэтому не пересекаются и скорость точки В равна нулю.
Строим направления скоростей VC и VCA. Они пересекаются в точке с, их значения определяются по плану скоростей.
В соответствии с теоремой подобия для нахождения скоростей точек S2 и S4 нужно отложить от точки а величины равные (0,33 · ab=0,33*195 = 64,35мм) и (0,33 · ac = 0 мм) соответственно. Учитывая ab = 85 мм, ac = 0 мм по чертежу.
3.1.3 Определение линейных и угловых скоростей.
VA = 9,3 м/с (определена выше);
VВ = 0 (точки pV и b совпадают);
VC =pc/V = 82/9,2=8,9 м/с (pc = ра= 85 мм);
VS2 = pVs2 / V = 56/9,2 = 6,08 м/с (pVs2 = 56 мм - измерено на чертеже);
VS4 = pVs4 / V = 85/9,2= 9,23 м/с (pVs4 = ра = 85 мм - точки S4 и a совпадают);
1 = 251,2 рад/с (определена выше);
2 = VBA / lBA = ab / (V · lBA) = 85 / (9,2 · 0,148) = 83.9 рад/c (VBA = VA);
4 = 0 (точки а и с совпадают).
План скоростей для второго мертвого положения (1 = 1800) строится аналогично и все скорости будут иметь такие же значения, но противоположные направления.
3.2 Определение ускорений методом планов ускорений.
3.2.1 Построение плана ускорений для угла поворота = 450
Строим полюс ускорений pa в произвольном месте (построение в приложении 3).
Определяем ускорение точки А. Точка А совершает вращательное движение вокруг неподвижной оси Оz. Ускорение точки А складывается из двух составляющих: нормального ускорения точки А и касательного ускорения точки А: . Поскольку в исходных данных дано то, что кривошип вращается равномерно с частотой n = 2400 об/мин( щ1 = const), то касательное ускорение точки А равно нулю и полное ускорение точки А: аА = аАn = 12 · lОА = 251,22 · 0,037 = 2334,7 м/с2.
Так как кривошип - самое быстроходное звено, масштаб выбираем исходя из величины ускорения точки а. Пусть величина скорости точки А в масштабе будет 82 мм. Тогда масштаб определяется а = 82 /1253.1= 0,0351 мм/м/с2. Ускорение точки А направлено так же как и нормальное (центростремительное) ускорение точки А, т.е. к центру вращения - из точки А в точку О. Строим отрезок 82 мм в данном направлении и получаем точку а на плане скоростей.
Движение точки В можно рассматривать как прямолинейное поступательное движение с ползуном В вдоль направляющей ползуна. Тогда ускорение точки В направлено вдоль направляющей ползуна В. Откладываем на плане ускорений это направление.
Движение точки В можно рассматривать как плоское движение с шатуном АВ. Тогда ускорение точки В находится так:, где - ускорение точки В, - ускорение точки А, - нормальное ускорение вращения точки В вокруг точки А в плоском движении, - касательное ускорение вращения точки В вокруг точки А в плоском движении.м/с2. Откладываем величину в масштабе: *0.082=382,6мм. Нормальное (центростремительное) ускорение направлено к центру вращения, т.е. из точи В в точку А. Строим найденный вектор из точки а с учетом масштаба. Из конца полученного вектора строим направление аВА (касательного ускорения вращения В вокруг А).
Движение точки С можно рассматривать как прямолинейное поступательное движение с ползуном С вдоль направляющей ползуна. Тогда ускорение точки С направлено вдоль направляющей ползуна С. Откладываем на плане ускорений это направление.
Движение точки С можно рассматривать как плоское движение с шатуном АС. Тогда ускорение точки С находится так:, где - ускорение точки С, - ускорение точки А, - нормальное ускорение вращения точки С вокруг точки А в плоском движении, - касательное ускорение вращения точки С вокруг точки А в плоском движении. м/с2. Откладываем величину в масштабе: 3908.1*0.082=320.5мм. Нормальное (центростремительное) ускорение направлено к центру вращения, т.е. из точи С в точку А. Строим найденный вектор из точки а с учетом масштаба. Из конца полученного вектора строим направление аСА (касательного ускорения вращения С вокруг А).
Для нахождения ускорений центров масс шатунов воспользуемся теоремой подобия. Проведем на плане ускорений линию, соединяющую точки а и b и линию, соединяющую точки а и с. На этих линиях отложим 0,28 длины линии в направлении от точки а и получим точки s2 и s4: аs2 = 0,33 · аb = 0,33 · 24= 26.5мм , аs4 = 0,33 · ас = 0,33 · 67 = 95.2 мм. Соединим эти точки с полюсом и получим ускорения центров масс шатунов.
3.2.2 Определение линейных и угловых ускорений
аA = 987.03 м/с2 (определено выше);
аВ = pAb / А = 280/ 0,065 = 3414.6 м/с2 (pAb = 280 мм - измерено на чертеже);
аC = pAс / А = 237/ 0,065 = 2890.2 м/с2 (pAс = 237 мм - измерено на чертеже);
аS2 = pАs2 / А = 155 / 0,065 = 1890.2 м/с2 (pАs2 = 155 мм - измерено на чертеже);
аS4 = pАs4 / А = 172 / 0,065 = 2097.56 м/с2 (pАs4 = 172 мм - измерено на чертеже);
1 = 0 (равномерное вращение кривошипа);
2 = аBA / lBA = bb' / (V · lBA) = 40/ (0,065 · 0,148) = 3295.9 рад/c2 (bb' =40 мм -измерено на чертеже);
4 = аСA / lСA = сс' / (V · lСA) = 42 / (0,065 · 0,148) = 3460.8 рад/c2 (сс' = 42 мм измерено на чертеже).
3.2.3 Построение плана ускорений для “мертвых” положений ( = 00)
Строим полюс ускорений. ( приложение 3)
Строим ускорение точки А в масштабе. Величина осталась прежней, направление изменилось, т.к. изменилось положение механизма.
Строим направление ускорения точки В в поступательном движении с ползуном В (вдоль направляющей ползуна В). Оно совпадает с направлением ускорения точки А.
Определяем нормальное ускорение вращения точки В вокруг А в плоском движении точки В вместе с шатуном АВ: аВАn = 22 · lАВ = 62.82 · 0,148 = 583.7 м/с2. Откладываем величину в масштабе: 583.7·0,082 = 47.9 мм. Строим найденный вектор. Так как направление вектора найденного нормального ускорения совпадает с направлением ускорения точки В в прямолинейном поступательном движении с ползуном В, то касательное ускорение вращения точки В вокруг точки А в плоском движении равно нулю. На конце вектора аВАn получаем точку b.
Строим направление ускорения точки С в поступательном движении с ползуном С (вдоль направляющей ползуна С).
Определяем нормальное ускорение вращения точки С вокруг А в плоском движении точки С вместе с шатуном АС: аСАn = 0, так как щ4 = 0.
Ускорения центров масс шатунов находим, пользуясь теоремой подобия. Откладываем на линии аb от точки 0,28 длины: 0,30 · ab = 0,30 · 195 = 58.5 мм. и получаем точку S2. Откладываем на линии ас от точки а 0,33 длины: 0,30 · aс = 0,30 · 195 = 58.5 мм. получаем точку S4.
3.2.4 Определение линейных и угловых ускорений
аA = 987.03 м/с2 (определено выше);
аВ = pAb / А = 135/ 0,0812= 1662 м/с2 (pAb = 135 мм - измерено на чертеже);
аC = pAс / А = 40/ 0,0812 = 493 м/с2 (pAс = 40 мм - измерено на чертеже);
аS2 = pАs2 / А = 96/ 0,0812 = 1182 м/с2 (pАs2 = 96мм - измерено на чертеже);
аS4 = pАs4 / А =64/ 0,0812 = 788 м/с2 (pАs4 = 64 мм - измерено на чертеже);
1 = 0 (равномерное вращение кривошипа);
2 = аBA / lBA = 0 (аBA = 0);
4 = аСA / lСA = сс' / (V · lСA) = 70 / (0,0812 · 0,148) = 5824 рад/c2 (сс' = ас = 70 мм - измерено на чертеже).
План ускорений для второго мертвого положения (1 = 1800) строится аналогично и все ускорения будут иметь такие же значения, но противоположные направления.
4. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ
4.1 Определение веса поршней, шатунов, моментов инерции шатунов
Массы поршней и шатунов определяются через площадь поршня (по рекомендациям автотракторной промышленности):
масса поршней: m = (10-15)FП 10-3, масса шатунов: m = (12-20)FП 10-3,
Площадь поршня определяется по формуле: FП = DП2 / 4.
DП = 80 мм = 8см. (по исходным данным);
Площадь поршней: FП = DП2 / 4 = 3,14 · 82 / 4 = 50.3 см2;
Масса поршней:m3 = m5 = 13 · FП · 10-3 = 13·50,3·10-3 =0,6539 кг.
Масса шатунов: m2 = m4 = 16 · FП · 10-3 = 16·50,3·10-3 = 0,8048 кг.
Определение моментов инерции шатуна
Моменты инерции шатунов относительно центров масс определяются по теореме Гюйгенса:
IS2 = IS4 = m2 · l22 (1/3 - (lAS2/lAB)2) = 0,8048 · 0,1482 (1/3 - 0,332) = 0,0038916 = 3,8 · 10-3 кг м2.
Звено |
Масса |
Моменты инерции |
|
Кривошип ОА(1) |
m1 = 0 |
- |
|
Шатун АВ (2) |
m2 = 0,8048 кг. |
1,6 · 10-3 кг м2 |
|
Шатун АС (4) |
m4 = 0,8048 кг. |
1,6 · 10-3 кг м2 |
|
Ползун В (3) |
m3 = 0,6539 кг. |
- |
|
Ползун С (5) |
m5 = 0,6539 кг. |
- |
Силы тяжести звеньев:
G1 = m1g = 0,
G2 = m2g = 0,8048· 9,81= 7.9 H, G3 = m3g = 0,6539 · 9,81 = 6.4 H,
G4 = m4g = 0,8048 · 9,81 =7.9 H, G5 = m5g = 0,6539 · 9,81 = 6.4 H.
4.2 Определение сил, действующих на поршни
P = p · FП , где p - давление в цилиндре, FП - площадь поршня.
P3 = p1 · FП = 50 · 50,3 = 2515 Н;
P5 = p2 · FП = 0 · 40 = 0.
4.3 Определение сил инерции для угла поворота 45?
Главные векторы сил инерции:
ц = m · a, где m - масса звена, а - ускорение центра масс звена.
цS1 = m1 aS1 = 0 (m1 =0);
цS2 = m2 aS2 = 0,8048 · 1890,2 = 1521 H;
цS3 = m3 aS3 = 0,6539· 3414,6= 2233 H;
цS4 = m4 aS4 = 0,8048 · 1890,2 =1521 H;
цS5 = m5 aS5 = 0,6539 · 2890,2 = 1890 H.
Главные моменты сил инерции:
Mц = I · , где I - момент инерции звена относительно его центра масс, - угловое ускорение звена.
MS2ц = IS2 · 2 = 4,3 · 10-3 · 3295,9 = 14,1 H м;
MS3ц = 0 (звено движется поступательно 3 =0);
MS4ц = IS4 · 4 = 4,3 · 10-3 · 3460,8 = 14,9 H м;
MS5ц = 0 (звено движется поступательно 5 =0).
4.4 Определение реакций в кинематических парах
Рассчитаем диаду 2-3 (шатун 2 - поршень 3):
1. Построим структурную группу. (см. приложение 4).
2. Изобразим силы, действующие на структурную группу:
F63 - реакция неподвижной стойки (цилиндра) на ползун (поршень) - направлена перпендикулярно направлению движения ползуна.
F12 = F12t + F12n - реакция кривошипа на шатун - направление неизвестно. Эту силу удобно разложить на две составляющие: направленную вдоль шатуна и направленную перпендикулярно шатуну.
P3 - сила действующая на поршень В - направлена вдоль направления движения.
G3 - вес поршня В - направлен вертикально вниз.
ФS3 - сила инерции, возникающая при движении поршня - направлена противоположно ускорению движения поршня.
G2 - вес шатуна - направлен вертикально вниз.
ФS2 - сила инерции, возникающая при движении шатуна - направлена противоположно ускорению движения центра масс шатуна.
MS2Ф - момент инерции, возникающий при движении шатуна - направлен противоположно угловому ускорению вращения шатуна.
3. Для определения касательной составляющей силы реакции кривошипа на шатун F12t, приложенной в точке А составляем уравнение суммы моментов относительно точки В:
- F12t · lAB - G2 · h2 + ФS2 · h1 + MS2Ф = 0;
F12t = (- G2 · h2 + ФS2 · h1 + MS2Ф) / lAB ;
F12t = (- 7,9 · 0,08 + 1521 · 0,09+ 14,1) / 0,148 = 1016 H.
Плечи измерены на чертеже и переведены в метры:
h1 = 0,08м; h2 =0,09; lAB = 0,148 м.
4. Для определения нормальной силы реакции кривошипа на шатун АВ и реакции стойки на ползун В построим силовой многоугольник.
Величины сил для построения:
F12t = 1016; G2 =7,9; ФS2 =1521; ФS3=2233; G3 =6,4; P3 =2515.
Рассчитаем масштаб для построения: пусть P3 =2515 будет соответствовать на чертеже 125 мм, тогда масштаб построения 0,05. Получим данные:
F12t = 50,8мм; G2 =0,4мм; ФS2 =76мм; ФS3=111,6мм; G3 =0,32; P3 =125,7мм.
Величины G2 и G3 в многоугольнике сил не показаны из-за своей малости по сравнению с остальными силами. Далее из конца последней построенной силы (P3) строим направление первой неизвестной силы реакции (F63), а из начала первой силы (F12t) строим направление второй неизвестной силы (F12n). Получаем пересечение этих направлений и определяем величины найденных сил:
F63 = 300Н;
F12n =100Н;
F12 = 1017Н.
Чтобы найти реакцию F32 разбиваем структурную группу на звенья (шатун и ползун). Прикладываем к шатуну все силы и записываем уравнение суммы всех сил:
В этом уравнении известны все силы, кроме искомой F32. Нужный векторный многоугольник уже построен на предыдущем этапе. Соединяем конец вектора силы ФS2 и начало вектора F12 и получаем искомую реакцию F32.
F32 =1736H.
Найденные реакции:
F63 = 300 Н; F12 = 1017 Н. F32 = 1742H.
Расчет диады 4-5: (шатун 4 - поршень 5)
1.Построим структурную группу (приложение 5).
Изобразим силы, действующие на структурную группу:
F65 - реакция неподвижной стойки (цилиндра) на ползун (поршень) - направлена перпендикулярно направлению движения ползуна.
F14 = F14t + F14n - реакция кривошипа на шатун - направление неизвестно. Эту силу удобно разложить на две составляющие: направленную вдоль шатуна и направленную перпендикулярно шатуну.
P1 - сила действующая на поршень В - направлена вдоль направления движения. (P1 = 0)
G5 - вес поршня C - направлен вертикально вниз.
ФS5 - сила инерции, возникающая при движении поршня - направлена противоположно ускорению движения поршня.
G4 - вес шатуна - направлен вертикально вниз.
ФS4 - сила инерции, возникающая при движении шатуна - направлена противоположно ускорению движения центра масс шатуна.
MS4Ф - момент инерции, возникающий при движении шатуна - направлен противоположно угловому ускорению вращения шатуна.
3. Для определения касательной составляющей силы реакции кривошипа на шатун F14t, приложенной в точке А составляем уравнение суммы моментов относительно точки С:
F14t · lAС + G4 · h3 - ФS4 · h4 - MS4Ф = 0 ;
F14t = (- G4 · h3 + ФS4 · h4 + MS4Ф) / lAС ;
F14t = (- 7,9 · 0,025 + 1521 · 0,055 + 14,9) / 0,11 = 894,1 H.
Плечи измерены на чертеже и переведены в метры:
h3 = 0,025 м; h4 = 0,055м; lAС = 0,11 м.
4. Для определения нормальной силы реакции кривошипа на шатун АВ и реакции стойки на ползун В построим силовой многоугольник на рис.7. Строим все силы, приложенные к структурной группе 1 откладывая вектор каждой следующей силы из конца предыдущей.
Величины сил для построения:
F14t = 894,1H;
G4 = 7,9;
ФS4 = 1521;
ФS5 = 1890;
G5 = 6,4;
Величины G4 и G5 на плане скоростей не показаны из-за своей малости по сравнению с остальными силами. Далее из конца силы ФS5 строим направление первой неизвестной силы реакции (F65), а из начала первой силы (F14t) строим направление второй неизвестной силы (F14n). Получаем пересечение этих направлений и определяем величины найденных сил с учетом масштаба:
F65 = 420 Н;
F14 = 2757Н.
Чтобы найти реакцию F54 разбиваем структурную группу на звенья (шатун и ползун). Прикладываем к шатуну все силы и записываем уравнение суммы всех сил:
В этом уравнении известны все силы, кроме искомой F54. Нужный векторный многоугольник уже построен на предыдущем этапе. Соединяем конец вектора силы ФS4 и начало вектора F14 и получаем искомую реакцию F54.
F54 = 1117 H.
Найденные силы реакции:
F14 = 2757 Н; F65 = 420 Н; F54 = 1117 H.
4.5 Определение уравновешивающей силы для угла поворота 45?
1. Построим начальную группу (приложение 6).
Изобразим силы, действующие на начальную группу (кривошип):
F61 - реакция неподвижной стойки на кривошип - направление неизвестно;
F21 -реакция шатуна АВ на кривошип - F12 найдена при расчете структурной группы 1.
(F21=-F12)
F41 - реакция шатуна АС на кривошип - F14 найдена при расчете структурной группы 2.
(F41 = - F14)
FУ1 - уравновешивающая сила, приложена в точке А перпендикулярно кривошипу.
Для определения уравновешивающей силы составим уравнение суммы моментов сил относительно точки О:
-F41 · h1 - F21 · h2 + FУ · АО = 0;
FУ1 = (F41 · h1 + F21 · h2) / АО = (2757· 17+ 1017 · 24) / 27 = 2639 Н.
Величины h1 , h2 - измерены на чертеже, АО - рассчитано выше.
Для нахождения реакции неподвижной стойки на кривошип строим силовой многоугольник из сил, приложенных к кривошипу:
Ab= F21 *µF=1017*0.07=71,19 - реакция шатуна на кривошип;
bc= F41 *µF=2757*0.07=192,99 - реакция шатуна на кривошип;
cd= Fy1 *µF=2639*0.07=184,73 - уравновешивающая сила.
Из силового многоугольника получаем реакцию стойки:
F61 = 2545 H.
Итого все найденные силы:
FУ1 = 2639 Н; F12 = -F21 = 1017 Н;
F14 = -F41 = 2757 Н; F16 = - F61 = 2545 H;
F23 = -F32 = 1736 H; F45 = -F54 = 1117 H;
F36 = -F63 = 300 Н; F56 = -F65 = 420 Н.
4.6Определение уравновешивающей силы по теореме Жуковского
Теорема Жуковского позволяет определить уравновешивающую силу без последовательного силового расчета и определения реакции.
Строим план скоростей при данном угле поворота кривошипа 45?, повернутый на 900 против часовой стрелки (приложение 7).
Строим в соответствующих точках приложения все силы:
G2 , G3 , G4 , G5 - силы тяжести (веса) звеньев;
P3 - сила давления в цилиндре В;
ФS2 , ФS3 , ФS4 , ФS5 - силы инерции;
MS2Ф , MS4Ф - моменты инерции, представленные в виде пар сил (FИ2' ,FИ2''; FИ4', FИ4'')
MS2Ф = 14,1 Н м => FИ2' = -FИ2''= MS2Ф/ lАВ = 14,1 / 0,148= 95,27Н;
MS4Ф =14,9 Н м => FИ4' = -FИ4''= MS4Ф/ lАС = 14,9 / 0,11 = 135,45Н.
FУ - уравновешивающая сила.
Строим к каждой силы соответствующее плечо относительно полюса.
Составляем уравнение суммы моментов всех сил относительно полюса:
pa = 82 мм; pg = 65 мм; pe =33 мм; pl = 32 мм; pk = 30 мм; pb = 85 мм; ph = 60 мм; pd = 65 мм; pf = 9 мм; pn = 45 мм; pt = 6 мм; pm = 31 мм; pс = 65 мм.
Проведя ряд математических преобразований, и подставив, полученные значения длин перпендикуляров в данную формулу получим:
Fу2=2477 Н.
4.7 Сравнение величин уравновешивающей силы, полученных двумя способами
Вычисляем относительную погрешность вычисления уравновешивающей силы с помощью последовательного силового расчета и теоремы Жуковского:
= 100 % (FУ1 - FУ2) / FУ1;
= 100 · (2639 - 2477) /2639 = 6,14 %.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения курсовой работы по дисциплине «детали машин и механизмов» были получены знания и навыки по структурному анализу, проектированию, кинематическому и силовому расчету кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания с V- образным расположением цилиндров. Так же была найдена уравновешивающая сила кривошипно-ползунного механизма двумя различными способами: с помощью последовательного силового расчета и теоремы Жуковского. Проведено сравнение и выявление относительной погрешности, которая зависит от точности измерений приведенных на чертежах.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Теория механизмов и машин. Учеб. для втузов К.В. Фролов., С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.М. Фролова. - 4-е издание, испр. М.:Высш. Шк., 2003.
2. Артоболевский И.И., Эндельштейн Б.В. Сборник задач по теории механизмов и машин. М., 2005.
3. Кореняко А.С. и др. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. К., 2006.
4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., 2003.
5. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Теория механизмов и машин”./ Под ред. А.А. Сафронова, В.М. Сильвестрова, А.Л. Ворониной, Н.Н. Ворониной. М., 2001.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Кинематическая схема механизма.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
План скоростей
ц=45°
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
План ускорений при ц=45°
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Диада 2-3
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Диада 4-5
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Кривошип - 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Рычаг Жуковского
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма. Построение планов положения, скоростей, ускорений и кинематических диаграмм. Определение результирующих сил инерции и уравновешивающей силы. Расчет момента инерции маховика. Синтез кулачкового механизма.
курсовая работа [522,4 K], добавлен 23.01.2013Проектирование кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания, определение линейных размеров звеньев. Синтез оптимальных чисел зубьев и кинематический анализ. Исследование качественных характеристик внешнего эвольвентного зацепления.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 23.09.2010Основы кинематического и кинетостатического исследования кривошипно-ползунного механизма. Разработка чертежей плана скоростей, ускорений и статистических моментов с последующим вычислением их величин. Построение годографа скорости кинематической пары.
курсовая работа [262,2 K], добавлен 14.06.2015Структурный и кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Определение линейных и угловых скоростей и ускорений. Расчет наибольшего тормозного усилия в тормозном устройстве; кинематических параметров привода редуктора, зубчатой передачи и валов.
контрольная работа [631,3 K], добавлен 22.03.2015Кинематический анализ рычажного механизма: описание построений плана положений, графо-аналитическое определение скоростей и ускорений, построение двенадцати положений механизма. Расчет сил тяжести, сил и моментов инерции звеньев, уравновешивающей силы.
курсовая работа [597,0 K], добавлен 14.07.2015Структурный анализ механизма, определение угловых скоростей и ускорений звеньев. Силовой анализ рычажного механизма, определение сил инерции, расчет кривошипа. Геометрический расчет зубчатой передачи, проектирование планетарного и кулачкового механизмов.
курсовая работа [387,7 K], добавлен 08.09.2010Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма, который преобразует возвратно-поступательное движение ползуна (поршня) во вращательное движение кривошипа. Планы скоростей и ускорений. Определение сил тяжести и инерции. Условные обозначения звеньев.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 27.03.2013Синтез, структурный и кинематический анализ рычажного механизма. Построение планов положений механизма. Определение линейных скоростей характерных точек и угловых скоростей звеньев механизма методом планов. Синтез кулачкового и зубчатого механизмов.
курсовая работа [709,2 K], добавлен 02.06.2017Структурный анализ рычажного механизма. Метрический синтез механизма штампа. Построение планов аналогов скоростей. Расчет сил инерции звеньев. Определение уравновешивающей силы методом Жуковского. Построение профиля кулачка. Схема планетарного редуктора.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 17.05.2015Кинематическое и кинетостатическое исследование механизма рабочей машины. Расчет скоростей методом планов. Силовой расчет структурной группы и ведущего звена методом планов. Определение уравновешивающей силы методом "жесткого рычага" Н.Е. Жуковского.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 04.05.2016Структурный и кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма рабочей машины. Расчет скоростей и ускорений. Кинематический анализ методом диаграмм. Определение силы полезного сопротивления. Силовой расчет методом "жесткого рычага" Н.Е. Жуковского.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.02.2016Кинематический анализ мальтийского механизма. Определение угловой скорости и ускорения креста. Кинематический анализ планетарной передачи, кривошипно-ползунного механизма. Приведение моментов инерции звеньев и определение момента инерции маховика.
контрольная работа [368,7 K], добавлен 10.10.2011Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма. Построение кинематической схемы, планов скоростей и ускорений. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил, действующих на звенья механизма. Замена сил инерции и моментов сил.
курсовая работа [32,9 K], добавлен 01.12.2008Структурный анализ механизма, определение степени подвижности и класса механизма по классификации Ассура. Кинематический анализ (планы скоростей и ускорений), силовой анализ (определение массогабаритных параметров звеньев, сил инерции и моментов пар).
курсовая работа [1,2 M], добавлен 02.01.2010Кинематический анализ и синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности. Построение планов положений механизма. Определение приведенной силы сопротивления. Определение момента инерции маховика. Силовой расчет диады и кривошипа, простой ступени.
курсовая работа [377,2 K], добавлен 02.06.2015Проектирование и исследование кривошипно-ползунного механизма ДВС: нахождение скоростей, силовой расчет, определение параметров маховика. Кинематическое исследование планетарного механизма. Расчет геометрических параметров эвольвентного зацепления.
курсовая работа [266,7 K], добавлен 17.09.2011Структурный анализ механизма, его звенья и кинематические пары. Определение скоростей и ускорений точек звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил тяжести звеньев, инерции, момента инерции, реакции R34n и N5.
курсовая работа [619,4 K], добавлен 12.11.2022Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма, выявление его структурного состава. Синтез кинематической схемы. Кинематический анализ плоского механизма. Определение сил, действующих на звенья механизма. Кинетостатический метод силового анализа.
лабораторная работа [798,1 K], добавлен 13.12.2010Построение плана положений механизма. Расчет скоростей кривошипно-ползунного механизма. Определение ускорений рычажных устройств. Поиск сил, действующих на звенья и реакции в кинематических парах. Расчет мгновенной мощности и мгновенного КПД механизма.
курсовая работа [231,4 K], добавлен 24.12.2014Синтез рычажного механизма двигателя. Структурный анализ механизма, построение планов их положений, скоростей и ускорений, а также кинематических диаграмм. Расчет сил, действующих на звенья. Порядок определения уравновешивающей силы методом Жуковского.
курсовая работа [512,3 K], добавлен 20.09.2013