Кривошипно-ползунный механизм двигателя внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Механико-машиностроительный институт

Кафедра «Подъемно-транспортные машины и роботы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теории машин и механизмов

Тема: Двигатель внутреннего сгорания

Выполнил: Скаредин А.А.

Группа ММ-240018

Проверил: Кордюков И.Г.

Екатеринбург

2015

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Структурный анализ

1.2 План положений механизма

1.3 План скоростей механизма

1.4 План ускорений механизма

2. Практическая часть

2.1 Определение движущих сил механизма

2.2 Определение сил инерции механизма

2.3 Силы тяжести звеньев механизма

2.4 Силовой анализ механизма

2.5 Определение уравновешивающего момента методом рычага Н.Е. Жуковского

Вывод



Техническое задание



Введение

В данной курсовай работе рассматривается кривошипно-ползунный механизм, который является основным механизмом в двигателях внутреннего сгорания.

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и 1 чертежа формата А1. В пояснительной записке приводится описание заданного рычажного механизма, структурный, кинематический и силовой анализы. На чертежах построена кинематическая схема механизма для шести равноотстающих положений кривошипа, планы скоростей и ускорений для заданного положения механизма, планы сил для заданного положения механизма и схема рычага Жуковского.



1. Теоретическая часть

1.1 Структурный анализ

рис. 1

Механизм представляет собой 6-ти звенный рычажный механизм.

Кинематическая схема механизма показана на рис. 1:

звено 1 - ведущее - кривошип ОАB равномерно вращается вокруг неподвижной оси;

звено 2 - шатун АС совершает плоскопараллельное движение;

звено 3 - ползун (поршень) C движется поступательно;

звено 4 - шатун BD совершает плоскопараллельное движение;

звено 5 - ползун (поршень) D движется поступательно;

звено 6 - стойка неподвижная (неподвижный шарнир O; неподвижные направляющие ползуна C; неподвижные направляющие ползуна D).

Кинематические пары - подвижные соединения двух звеньев, сведены в таблицу 1.1.

таблица 1.1

№ кин. пары	Соединяемые звенья	Вид пары	Класс
1	1-6	Вращательная	V
2	1-2	Вращательная	V
3	1-4	Вращательная	V
4	2-3	Вращательная	V
5	3-6	Поступательная	V
6	4-5	Вращательная	V
7	5-6	Поступательная	V

Кинематических пар IV класса в данном механизме нет.

В результате:

- число кинематических пар V класса = 7;

- число кинематических пар IV класса = 0.

Степень подвижности механизма W определяется по формуле Чебышева:

W = 3n - 2 -

где n - число подвижных звеньев,

- число кинематических пар V класса,

- число кинематических пар IV класса.

Получаем:

W = 3·5 - 2·7 - 0 = 1,

т.е. механизм имеет одно ведущее звено - кривошип OAB.

Рычажный механизм состоит из механизма 1-го класса и двух поводковых групп.

1. Группа звеньев 2-3 (рис. 1) - шатун AC с ползуном C - представляет собой поводковую группу с двумя вращательными и одной поступательной (конечной) парами.

Число подвижных звеньев n = 2.

Число кинематических пар с учетом незадействованной, но учитываемой при определении степени подвижности группы: = 3; = 0.

Степень подвижности группы 2-3:

= 3·2 - 2·3 - 0 = 0

2. Группа звеньев 4-5 (рис. 1) - шатун BD с ползуном D- представляет собой поводковую группу с двумя вращательными и одной поступательной (конечной) парами.

Число подвижных звеньев n = 2.

Число кинематических пар с учетом незадействованной, но учитываемой при определении степени подвижности группы: = 3; = 0.

Степень подвижности группы 4-5:

= 3·2 - 2·3 - 0 = 0

3. Механизм 1-го класса (рис. 1) - ведущее звено 1 (кривошип OAB), соединенное шарниром A с неподвижной стойкой 6.

Число подвижных звеньев n = 1.

Кинематические пары в точках B и D учтены в группах 4-5 и 2-3.

Число кинематических пар: = 1; = 0

Степень подвижности механизма 1-го класса:

= 3·1 - 2·1 - 0 = 1

1.2 План положений механизма

Примем длину отрезка ОА, изображающего на чертеже звено 1, равной 40 мм. Тогда масштабный коэффициент для построения плана положения меха- низма будет следующим:



= / ОА = 0,1м / 40мм = 0,0025 м/мм.

Определим длины отрезков, изображающих остальные звенья механизма на чертеже:

АВ = / l = 0,09 / 0,0025 = 36 мм,

AC= / l = 0,35 / 0,0025 = 140 мм,

BD= / l = 0,25 / 0,0025 = 100 мм.

1.3 План скоростей механизма

=рn/30=3,14?1500/30=157 рад/с

=?OA=157?0,1=15,7 м/с (+ОА)

Примем длину отрезка , изображающего на чертеже скорость точки А, равной 100 мм.

Тогда масштабный коэффициент для построения плана скоростей будет следующим: кривошипный ползунный движущий уравновешивающий

= / =15,7 / 100 = 0,157 (м/с) / мм.

=?OВ=157?0,13=20,4 м/с (+ОВ)

ОВ=0,13м (по теореме Пифагора)

3)=

Для 4 положения =0 т.к. поршень находится в нижней мертвой точке.



4)=

Для 4 положения=? =40?0,157= 6,28 м/с

1.4 План ускорений механизма

Определим ускорение точки А. Так как по условию = const , то

=?OА=157?157?0,1= 2465 м/ (¦OA)

Примем длину вектораа, изображающего на чертеже ускорение точки А, равной 100 мм. Тогда масштабный коэффициент для построения плана ускорений будет следующим.

= / =2465 / 100 = 24,65 (м/) / мм.

2) =?OB=157?157?0,13= 3204 м/ (¦OA)

=/ OB = 20,4 / 0,13= 157 рад/с

Определим длину вектора на чертеже плана ускорений.

=/ = 3204 / 24,64 = 129 мм

3) =

Для 4 положения =0 т.к. поршень находится в нижней мертвой точке.

4) =

=/ DB = 115?0,157 / 0,25= 72 рад/с

= ?DB = 72?72?0,25= 1296 м/

Определим длину вектора на чертеже плана ускорений.

/ = 1296 / 24,64 = 52 мм

=?= 77?24,65= 1898 м/



2. Практическая часть

2.1 Определение движущих сил

Движущими силами в данном примере являются силы давления газовРг на поршень. Для определения силы, действующей на поршень используем индикаторную диаграмму давления газов в цилиндре двигателя. Длину абсциссы on, соответствующую ходу поршня, примем равной расстоянию между точками и , т.е. on =85 мм . Длину ординаты om, соответствующую P i, примем равной 80 мм.

Т.к. масштабный коэффициент задан= 0,6 кг/, находим максимальное давление.

= 0,6?80 = 48 кг/ = 4,7 МПа

Вычислим площадь поршня.

А= р / 4 = 3,14? /4 = 0,011

Вычислим силы действующие в точках C и D.

= 0 т.к. поршень находится в нижней мертвой точке, следовательно =0.

= 17?0,6 = 10,2 кгс/=1 Мпа

= ?А= ?0,011= 11 кН

2.2 Определение сил инерции механизма

Звено 1 вращается равномерно вокруг неподвижной точки О, совпадающей с центром масс. Следовательно, главный вектор и главный момент сил инерции звена 1 равны нулю.

Звено 2 совершает сложное движение. Главный вектор сил инерции звена 2 определяется формулой

= ?

Главный вектор инерции звена 2 равен нулю т.к. ускорение равно нулю (поршень находится в нижней мертвой точке), Следовательно главный момент сил инерции звена 2 равен 0.

Звено 3 также находится в нижней мертвой точке, следовательно главный вектор сил инерции и главный момент инерции звена 3 раны нулю.

Звено 4 совершает сложное движение. Главный вектор сил инерции звена 4 определяется формулой

= ?

Главный вектор силы инерции звена 4 проходит через центр масс звена 4 и направлен противоположно ускорению. Определим величину главного вектора сил инерции звена 4

= ?= 5?1602= 8010 Н

=?= 0,003?12816= 38,5 Н?м

Направление главного момента противоположно угловому ускорению звена 4.

Звено 5 движется поступательно. Главный вектор сил инерции звена 5 опре- деляется формулой

= ?

Главный вектор сил инерции проходит через точку D и направлен противоположно ускорению звена 5.

Определим главный вектор сил инерции звена 5 по величине.

= ?= 4?1898 = 7592 Н

Главный момент сил инерции звена 5 равен нулю, так как угловое ускоре- ние звена 5 отсутствует.

2.3 Силы тяжести звеньев механизма

Т.к. силы тяжести даны в килограммсилах, переводим их в Нютоны.

= 8 кгс = 80 Н

= 6 кгс = 60 Н

= 5 кгс = 50 Н

= 4 кгс = 40 Н

2.4 Силовой анализ механизма

Изобразим на чертеже схему структурной группы звеньев 2 и 3 отдельно, с учетом масштабного коэффициента = 0,0025 м/мм. На схеме покажем все внешние силы, действующие на звенья 2 и 3. Действия отброшенных звеньев заменяем реакциейR21. РеакцияR21 звена 1 на звено 2 проходит через центр шарнира А. Направление реакции R21 неизвестно. Разложим реакцию R21 на составляющие, направленную по линии AC и, направленную перпендикулярно AC: Составим уравнение равновесия звена 2 в виде суммы моментов сил относительно точки C.

: ?-?=0

=?/= 60? 0,08 / 0,35= 13,7 Н

Составим векторное уравнение равновесия системы сил, действующих на группу звеньев 2 и 3 в целом:

+++=0

Отсюда находим

=|- --=13,7+60+40= 113,7 Н

= = 114 Н

Изобразим на чертеже схему структурной группы звеньев 4 и 5 отдельно. На схеме покажем все внешние силы, действующие на звенья 4 и 5. Действия отброшенных звеньев заменяем реакциейR41.

Составим уравнение равновесия звена 4 в виде суммы моментов сил относительно точки D.

: -?-?+?=0

= 2862 Н

Составим векторное уравнение равновесия системы сил, действующих на группу звеньев 2 и 3 в целом:

+++++=0

Неизвестные величины помещены в этом уравнении на первое и последнее места. Данное векторное уравнение решим графически, путем построения плана сил.

Определим длины отрезков, изображающих векторы сил на чертеже:

= 26 мм

= 72 мм

= 100 мм (приняли самостоятельно т.к. является наибольшей силой)

= 69 мм

Из плана сил определим и

=3960 Н

= 7840 Н

Силовой расчет начального звена.

Изобразим на чертеже схему начального звена 1, входящего в кинематическую пару со стойкой. Масштабный коэффициент построений примем l = 0,0025 м/мм. На звено 1 действуют силы: R14 реакция со стороны отброшенного звена 4, R16 реакция со стороны стойки, Му уравновешивающий момент. Направление и величина реакции R16 неизвестны. Направление и величина уравновешивающего момента сил Му также подлежат определению. Составим векторное уравнение равновесия системы сил, действующих на звено 1.

R14 R16 0

R16 R14

Следовательно, реакция R16 , действующая на звено 1 со стороны стойки, равна по величине и противоположно направлена реакцииR21. Для определения уравновешивающего момента Му , приложенного к звену 1, составим уравнение равновесия в виде суммы моментов сил, действующих на звено 1, относительно точки О.

(1) = x - Mу = 0

Откуда Mу = 3560 0,04 = 142 Нм.

Здесь x = x = 12 0,0025 = 0,04 м, где, x = 12 мм длина перпендикуляра, опущенного из точки О на линию действия силы R12

2.5 Определение уравновешивающего момента методом рычага Н.Е. Жуковского

Изобразим на чертеже рычаг Жуковского, представляющий собой жесткую ферму, имеющую вид повернутого на 90 (в любую сторону) плана скоростей механизма и закрепленного в полюсе. Масштаб построений может быть принят произвольным. В соответствующие точки рычага Жуковского перенесём, сохраняя их на- правления, все внешние силы, действующие на звенья механизма.

Это: главные векторы сил инерцииF и 2 иF и 3 ; движущая сила давления газовРг. Уравновешивающий момент Му , действующий на звено 1, заменяем парой сил Ру и Ру , приложив их в точках А и О и направив перпендикулярно ОА. Силы Ру и Ру перенесём в точки а и р рычага Жуковского. На рычаге Жуковского опустим перпендикуляры из полюса р на линии действия всех сил, построив таким образом плечи сил относительно полюса р. Составим уравнение равновесия рычага Жуковского в форме суммы моментов сил относительно полюса р

: ?cd-+?pa = 0

= 1366 Н

=?ОА=136,6 Н?м

Определим относительную разницу между величинами Му и , найденными разными методами

?М=|- Mу| /?100%= 3,64%



Вывод

Полученная относительная разница М не превышает 5%, следовательно, результаты определения уравновешивающего момента Му можно считать удовлетворительными.

Размещено на Allbest.ru

...