2

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный технологический университет

Факультет технологии и техники лесной промышленности

Кафедра теоретической механики

Специальность машины и оборудование лесного комплекса

Специализация машины и механизмы лесной промышленности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Теория механизмов и машин

Тема: ”Грузовой автомобиль с двухтактным двигателем внутреннего сгорания”

Исполнитель

студент 3 курса группы 5

Самойлов А.Ю.

Руководитель Хвесько Г. М.

Минск 2013

РЕФЕРАТ

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ, ЗВЕНО ПРИВЕДЕНИЯ, МАХОВИК, ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ЭВОЛЬВЕНТНОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ, КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ, ОСЬ ВРАЩЕНИЯ.

Целью выполнения курсового проекта является проектирование механизма двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Произведены кинематические и силовые расчеты механизма. По современным методикам проведено проектирование рычажного, зубчатого, кулачкового механизмов. Расчет должен обеспечить необходимую работоспособность отдельных узлов, а также экономическую целесообразность их изготовления.

В результате спроектированы механизмы двухтактного двигателя оптимальных размеров и требуемых кинематических характеристик.

Графическая часть включает:

· четыре чертежа формата А1

ВВЕДЕНИЕ

двухтактный двигатель маховик рычажный

Создание современной машины требует от конструктора всестороннего анализа проекта. Конструкция должна удовлетворять многочисленным требованиям, которые находятся в противоречии(минимальная динамическая нагруженность с быстроходностью) . Расходы на изготовление и эксплуатацию должны быть минимальными, но обеспечивающими достижение заданных параметров. Из допустимого множества решений конструктор выбирает компромиссное решение с определенным набором параметров и проводит сравнительную оценку различных вариантов. Выделяют главные критерии, а вспомогательные показатели используют как ограничения, накладываемые на элементы решения. В настоящее время расчёты выполняют на ЭВМ, что позволяет оценить конструкцию по многим критериям качества и найти максимум показателя эффективности. Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) установлено 5 стадий разработки документации на изделия всех отраслей промышленности: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработка рабочей документации.

Основная 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 механизма или прибора;

2.Проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по заданным основным и дополнительным условиям;

3.Силовой анализ мех. С учётом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением;

4.Учёт сил трения в кинематических парах и определение КПД;

5.Проектирование зубчатых рядовых и планетарных механизмов;

6.Расчет оптимальной геометрии зубчатых зацеплений выходного звена;

7.Определение профиля кулачка по заданному закону движения;

8.Уравновешивание механизмов с целью уменьшения динамических нагрузок.

Задание на курсовое проектирование содержит название темы проекта, краткое описание назначения машины или прибора и функции их исполнительных органов и элементов, схемы согласованности перемещений исполнительных органов(циклограммы, тактограммы), исходные данные.

1. Принцип действия двухтактного двигателя

Кривошипно-ползунный механизм 1-2-3 двигателя внутреннего сгорания преобразует возвратно-поступательное движение ползуна (поршня) 3 во вращательное движение кривошипа 1. Передача движения от ползуна к кривошипу осуществляется через шатун 2 .

Цикл движения поршня включает такты расширения (в соответствии с индикаторной диаграммой) и сжатия. При расширении взорвавшаяся в цилиндре рабочая смесь перемещает поршень из в.м.т. в н.м.т. При подходе поршня к н.м.т. открываются продувочные окна в цилиндре и выпускные клапаны, и продукты горения удаляются из цилиндра в выхлопную систему, а цилиндр заполняется чистым воздухом. После перекрытия поршнем продувочных окон и закрытия клапанов начинается сжатие воздуха в цилиндре, заканчивающемся в в.м.т. взрывом впрыснутого топлива.

На кривошипном валу закреплен кулачок, плоский толкатель которого приводит в действие диафрагму топливного насоса, который подает топливо из бака к форсункам цилиндра.

Передача движения на ведущие колеса осуществляется через коробку передач и редуктор заднего моста. Коробка передач содержит ступень внешнего зацепления Z4 - Z 5 и планетарную передачу Z1-H

2. Динамический синтез рычажного механизма

2.1 Задачи и методы динамического синтеза и анализа машинного агрегата

Основные задачи динамического синтеза могут быть сформулированы следующим образом: определение сил приложения к звеньям механизма; определение закона движения механизма под действием приложенных сил; выбор необходимых конструктивных параметров механизма; исследование колебаний в машинах или механизмах; уравновешивание и виброзащита машин.

Силы, возникающие при работе машин, можно разделить на следующие группы: движущие силы FД или их моменты МД (работа этих сил за цикл положительна); силы технологического или полезного сопротивлений FС, или их моменты МС; силы тяжести G - бывают движущими (при опускании центров масс звеньев) или сопротивления (при подъеме); силы инерции FИ и моменты сил инерции МИ, возникающие при движении звеньев с ускорениями.

Кроме того, все приложенные к механизму силы и моменты делятся на внешние и внутренние. К внешним относятся движущие силы и моменты движущих сил, силы и моменты сил сопротивления, силы тяжести, силы инерции. Внутренними являются силы взаимодействия между звеньями, образующими кинематические пары, в том числе и силы трения.

Механические характеристики машин представляют собой аналитические или графические зависимости движущих сил (моментов) или сил.

Если механическая характеристика машин задана или может быть аппроксимирована некоторым аналитическим выражением, то из последнего можно непосредственно получить силу или моменты в определенных положениях механизма, при различных скоростях или в заданные моменты времени. Если же механическая характеристика машины дана в графическом виде и ее аппроксимация затруднительна или не целесообразна, можно воспользоваться графическими способами ее обработки.

2.2 Исходные данные

Таблица 2.1 - Параметры

H			d	Pmax	Vср	q	д	цС
м	град	град	м	МПа	м/с	кг/м	-	град
0,17	20	10	0,11	18	5,6	14	0,04	150

2.3 Структурный анализ рычажного механизма

При структурном анализе механизма определяется число подвижных звеньев механизма, число и класс кинематических пар, и число степеней свободы механизма. Число степеней свободы (W) плоского механизма определяется по формуле П.Л.Чебышева:

W = 3n - 2 р5 - р4, (2.1)

где n - число подвижных звеньев;р5- число кинематических пар 5 класса;р4- число кинематических пар 4 класса;

В данном рычажном механизме, который представлен на рисунке 1, три подвижных звена n=3 (1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун), р5=4:А(0;1),(1;2), В(1;2), С(2;3), (3;0), р4=0 .

Таким образом, получаем:

W= 3•3 - 2•4 =1.

Для работы механизму необходима только одно ведущее звено, так как степень подвижности равна единице. В данном случае им является кривошип 1, так как ему задано движение

Разложим механизм на структурные группы:

отделяем (2-3)

Группа Ассура 2 класса,

2 порядка, 2 вида.

Остался (0-1)

Механизм 1-го класса

Структурная формула: I (0-1) > II (2-3)

Весь механизм относится ко второму классу.

2.4 Определение размеров и параметров рычажного механизма

Определим необходимые параметры и размеры механизма. Шатун АВ находится в горизонтальном положении, направленном вправо

(2.2)

где l1 - длина 1-го звена; l2 - длина 2-го звена.

АВ в горизонтальном положении, направленном влево

. (2.3)

Рассмотрим два крайних положения и выразим ход поршня

. (2.4)

Из уравнений (2.2) и (2.3)

Тогда уравнение (2.4) примет вид

Угловая скорость вращения кривошипа

Массы звеньев

Моменты инерции звеньев:

2.5 Определение кинематических характеристик механизма

Изобразим схему рычажного механизма. Выбираем масштабный коэффициент длины Находим длины отрезков:

Основная система координат XOY связана со стойкой, а ее начало совпадает с осью вращения А входного звена 1.

Обобщенной координатой ц механизма является угол поворота входного начального звена 1. Траекторию точки В звена 1 представляет собой окружность, делят на равные части. В данном случае число позиций равно 12.

На плане механизма различают также расположение точки С звена 3 и точки S2, центра масс звена 2. Начальная позиция совпадает с крайним верхним положением ползуна и обозначается единицей. Строим диаграмму перемещения выходного звена с масштабным коэффициентом

Для приведения сил и масс потребуются скорости звеньев и центров масс. Для их определения используем графический метод - построение планов скоростей для всех положений механизма.

Тогда скорость будет равна:

Принимаем отрезок, изображающий скорость т.В равной Тогда масштабный коэффициент плана скоростей равен



Вектор перпендикулярен кривошипу в каждом положении и направлен в сторону его вращения.

Определим скорость точки С. Рассмотрим движение ползуна 3 относительно точки В. Запишем уравнение в векторной форме, которое решим графически:

(2.5)

Звено 2 движется плоскопараллельно, а звено 3 совершает поступательное движение

.

Чтобы решить данное уравнение через конец вектора проводим прямую перпендикулярно звену ВС, а через полюс - вертикальную прямую. Их точка пересечения точка с.

На векторе от т. b откладываем отрезок bs2=0,35bc. Соединив т. s2 с полюсом получим скорость ps2 точки S2. Также для расчетов понадобится проекция скорости точки S2 на вертикаль - ps2у. Таким образом, находим скорости всех точек для 12 положений механизма. Вычисленные скорости заносим в таблицу 2.2. Строим диаграмму скоростей выходного звена с масштабным коэффициентом

На основании выполненных построений определяем скорости точек.

(2.6)

Таблица 2.2 - Результаты вычислений линейных и угловых скоростей.

№ позиции	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
cb	мм	84,5	77,5	49,5	6	39,5	72,5	85	76	47,5	5,5	38	70,5
pc		0	52,5	85	86,5	63,5	30,5	3	35	64	83,5	81,5	51,5
ps2		55	65,5	81,5	85,5	75,5	61,5	55	61,5	75	84,5	81,5	66,5
щ2	рад/с	26,73	24,51	15,66	1,9	12,49	22,93	26,89	24,04	15,03	1,74	12,02	22,3
VS	м/c	5,71	6,8	8,47	8,88	7,84	6,39	5,71	6,39	7,79	8,78	8,47	6,91
VC		0	5,45	8,83	8,99	6,6	3,17	0,31	3,64	6,65	8,67	8,47	5,35

2.6 Выбор динамической модели

При теоретическом исследовании любой реальной механической системы составляют ее физическую модель, т.к. полное описание процессов, происходящих в реальной механической системе, не представляется возможным. При решении задач динамики используют динамическую модель.

Наиболее простой динамической моделью является модель, основанная на допущении о том, что звенья являются абсолютно жесткими, отсутствуют зазоры в кинематических парах и погрешности изготовления.

В нашем случае в качестве динамической модели целесообразно выбрать кривошип 1, т.к. это звено является ведущим, и в дальнейшем необходимо произвести приведение всех сил и моментов сил, всех масс и моментов инерции остальных звеньев к этому звену.

2.7 Расчет приведенных моментов инерции

Сумма приведенных моментов инерции звеньев , совершающих плоское, возвратно-вращательное и возвратно-поступательное движения, является величиной переменной и представляет собой сумму приведенных моментов инерции звеньев. В нашем случае получим:

(2.7)

где - моменты инерции звеньев, относительно оси, проходящей через центр масс. Шатун 2 совершает плоскопараллельное движение, следовательно:

(2.8)

Ползун 3 движется поступательно:

. (2.9)

Подставив выражения (2.8) и (2.9) в формулу (2.7), получим:

(2.10)

Например, для 2-ого положения



Вычисления представим в виде таблицы 2.3. Для построения диаграммы суммарного приведенного момента инерции механизма выбираем масштабный коэффициент

Таблица 2.3 - Результаты вычислений приведенного момента инерции

№ позиции	JА,		,	,
	10-3 кг?м2
1	21,76	13,91	5,58	0	41,25
2	21,76	19,73	4,69	3,8	49,98
3	21,76	30,54	1,92	9,97	64,18
4	21,76	33,61	0,03	10,32	65,72
5	21,76	26,21	1,22	5,56	54,75
6	21,76	17,39	4,11	1,28	44,54
7	21,76	13,91	5,65	0,01	41,33
8	21,76	17,39	4,51	1,69	45,35
9	21,76	25,86	1,76	5,65	55,03
10	21,76	32,83	0,02	9,62	64,23
11	21,76	30,54	1,13	9,16	62,59
12	21,76	20,33	3,88	3,66	49,63

2.8 Расчет приведенных моментов сил

Для данного механизма внешними силами являются: движущая сила , сила тяжести шатуна G2 и ползуна G3. Силу тяжести кривошипа G1 учитывать не следует, так как работа равна нулю (центр тяжести кривошипа совпадает с осью вращения - его скорость равна нулю).

Давление в цилиндре находим по индикаторной диаграмме, построенной с масштабным коэффициентом . Из индикаторной диаграммы находим давление и определяем движущую силу:

 (2.11)

где Р - давление на индикаторной диаграмме;

S - площадь сечения цилиндра

Рассчитаем движущую силу для второго положения

Приведенный момент найдем из условия равенства мощностей приведенного момента и приводимых сил:€

(2.12)

Силы тяжести звеньев

Пример расчёта для второго положения

Результаты расчета приведенных моментов сил заносим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Результаты вычислений приведенных моментов сил сопротивления и работ

№ позиции	Fдв					АД
	кН	Н·м	Дж
1	171,06	0	0	0	0	0
2	137,32	7209	2	1	7212	1888
3	90,76	7714	3	1	7719	5797
4	48,47	4192	4	1	4197	8917
5	19,01	1207	3	1	1211	10333
6	3,8	116	2	0	118	10681
7	0	0	0	0	0	10711
8	0,95	-33	-2	0	-35	10702
9	4,28	-274	-3	-1	-278	10620
10	12,83	-1071	-4	-1	-1076	10266
11	26,61	-2169	-4	-1	-2173	9415
12	41,34	-2129	-2	-1	-2132	8288
13	171,06	0	0	0	0	7730

По данным таблицы 2.4 строим диаграмму приведенных моментов сил, выбрав масштабные коэффициенты:

2.9 Описание построения диаграмм работы, изменения кинетической энергии и диаграммы Виттенбауэра

2.9.1 Построение диаграммы работ

Работа суммарного приведенного момента движущих сил равна:

, (2.13)

Для определения работы суммарного приведенного момента сил применим метод графического интегрирования графика по формуле трапеции:

, (2.14)

- шаг интегрирования.

Для третьего положения:

Результаты заносим в таблицу 2.4.

Строим диаграмму работ движущих сил, масштабные коэффициенты:

Зная работу движущих сил за один оборот кривошипа, найдём момент сил сопротивления

(2.15)

На диаграмме получим горизонтальную прямую

2.9.2 Построение диаграммы изменения кинетической энергии

Из теоретической механики известно, что изменение кинетической энергии системы Т за некоторый промежуток времени равно работе всех сил, приложенных к системе за этот же промежуток времени:

Т=А (2.16)

Разность между работами движущих сил АД и сил сопротивления АС называется избыточной работой.

Тогда окончательно получаем выражение:

(2.17)

2.9.3 Построение диаграммы Виттенбауэра

Для построения диаграммы Виттенбауэра используют два графика: график изменения приведенного момента инерции и график изменения кинетической энергии. На листе 1 построение диаграммы Виттенбауэра выполнено с помощью прямой, наклоненной под углом 45°. На эту прямую горизонтальными линиями переносят ординаты точек кривой Т(ц). Через полученные точки на этой прямой проводят вертикальные линии, на которых находят точки пересечения с горизонтальными прямыми, проведенными через соответствующие точки графика приведенного момента инерции. Соединив точки, получим диаграмму Виттенбауэра.

2.10 Определение момента инерции маховика и его параметров (массы, диаметра)

Определим углы и наклона соответствующих касательных и кривой энергомасс:

(2.18)

Подставив численные значения в формулу (2.18), получим:

По углам max и min проводим касательные к кривой , получаем отрезки Ob* = 1 мм, bb* = 77 мм.

Определяем момент инерции маховика:

Тогда маховик, установленный на валу двигателя, будет иметь момент инерции:

(2.19)

- масса обода (2.20)

; (2.21)

;

Назначив D2, определим b и D1

м.

м.

м.

Масса маховика: кг.

2.11 Расчет истинной угловой скорости звена приведения

Определяем зависимость угловой скорости начального звена от угла поворота:

, (2.22)

где T0 - начальная кинетическая энергия, которая определяется по формуле:

, (2.23)

Схематично представлена диаграмма Виттенбауэра:

Подставляем полученные значения величин в формулу (2.22), получим значение угловой скорости начального звена, для каждого из положений механизма. Все численные значения представлены в таблице 2.5.

Ординату угловой скорости на диаграмме рассчитываем по формуле:

Таблица 2.5 - Расчёты и построения изменения угловой скорости

№ поз.	Т, Дж	,	ущ, мм
1	0	101,8	-98,6
2	1250	102,46	-72,1
3	4500	104,19	-2,7
4	7000	105,52	50,2
5	7750	105,96	67,9
6	7450	105,83	62,8
7	6850	105,52	50,2
8	6200	105,15	35,7
9	5450	104,74	19
10	4450	104,17	-3,6
11	2950	103,37	-35,8
12	1200	102,44	-73
13	0	101,8	-98,6

Масштабные коэффициенты выбираем равными и строим диаграмму изменения угловой скорости.

Размещено на Allbest.ru

...