Кафедра деталей машин и инженерной графики
Пояснительная записка к
Курсовому проекту поТеории механизмов и машин
Тема: Проектирование и исследование механизмадвигателя внутреннего сгорания
Студент 25 группы,
Факультет механизации с.х.
Руководитель Сакара Д.В.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Задание.
2. Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма.
2.1 Определение степени подвижности и класса механизма.
2.2 Определение положений звеньев и перемещений поршня.
2.3 Определение скоростей точек и звеньев механизма.
2.4 Определение ускорений точек и звеньев механизма.
2.5 Построение годографов скоростей и ускорений центра масс шатуна.
2.6 Построение кинематических диаграмм.
3. Усилия, действующие на поршень.
3.1 Построение индикаторной диаграммы рабочего процесса двигателя.
3.2 Построение диаграммы сил действующих на поршень.
4. Результирующая сила инерции шатуна.
4.1 Результирующая сила инерции шатунов для положения холостого хода.
5. Силовое исследование механизмов.
5.1 Силовое исследование группы шатун – поршень для положения холостого хода.
5.2 Силовое исследование группы начального звена для положения холостого хода.
5.3 Определение уравновешивающей силы Fу способ рычага Н.Е. Жуковского.
5.4 Силовое исследование механизма двигателя для положения рабочего хода.
6. Смещённое зацепление зубчатой пары.
6.1 Выбор коэффициентов смещения исходного контура.
6.2 Расчёт основных геометрических параметров.
7. Построение эвольвентного смещенного зацепления цилиндрических колёс z1 и z2 и его
исследование.
7.1 Вычерчивание профилей.
7.2 Длина линии зацепления - q.
7.3 Активные профили зубьев.
7.4 Угол торцового перекрытия и дуга зацепления.
7.5 Определение коэффициентов Еa торцового перекрытия.
7.6 Удельное скольжение.
7.7 Коэффициент Ã удельного давления.
7.8 Проверка на заклинивание.
7.9 Усилия, действующие в зацеплении.
8. Планетарный редуктор.
8.1 Подбор числа зубьев колёс z3 и z4.
8.2 Определение основных размеров колёс z3, z4, z5, z6.
8.3 Скорость вращения колёс.
8.4 Кинематическое исследование передачи графическим способом.
9. Мощность ЕМ, передаваемая на приводной вал машины.
9.1 КПД планетарного редуктора.
9.2 Определение величины у| .
9.3 Определение общего КПД передачи.
10. Приведённый момент инерции звеньев.
10.1 Определение результирующего приведенного момента инерции звеньев всего двигателя.
10.2 Величина приведённого момента инерции звеньев одного механизма.
10.3 Составление таблицы 6.
10.4 Построение диаграммы J3 = ò7 (j).
11. Приведённые моменты сил и мощность двигателя.
11.1 Результирующий приведённый момент движущих сил.
11.2 Момент сил сопротивления.
11.3 Приращение кинетической энергии машины DЕ.
11.4 Определение мощности двигателя и коэффициентов d’ неровности его хода при работе без маховика.
12. Расчёт маховика.
12.1 Определение приведённого момента инерции маховика.
12.2 Определение основных моментов маховика.
13. Угловая скорость кривошипного вала.
13.1 Угловая скорость w кривошипного вала для любого положения механизма.
13.2 Величина начальной кинетической энергии.
13.3 Определение величины Еок.
13.4 Определение величины Еот.
13.5 Истинное значение Ео.
13.6 Вычисление значений w для всех 24х положений.
Литература.
1.Задание
1.1.Провести структурное, кинематическое, кинетостатическое и динамическое исследование рычажного механизма двигателя с маховиком и зубчатым приводом.
1.2.Выполнить проектирование зубчатой пары, планетарного редуктора и маховика согласно прилагаемым схемам, диаграммам и исходным данным.
2.Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма
2.1 Степень подвижности механизма определяется по структурной формуле Чебышева
W = 3n - 2P5 - P4
где W-степень подвижности кинематической цели,
n-число подвижных звеньев цепи,
P5 -число кинематических пар Vкласса,
P4 –число пар IV класса
В рассматриваемой цепи подвижных звеньев –3:
1. кривошип - звено 2;
2. шатун – звено 3;
3. поршень – звено 4.
Пар V класса – 4: три вращательные пары (О, С и В) и одна поступательная (Д). Пар IV класса нет.
W= 3 * 3 – 2 * 4 = 1; W = 1.
Данная кинематическая цепь является механизм, т.к. степень подвижности равна числу ведущих звеньев.
2.1.2. Для определения класса механизма расчленяем его на группы. Первой отчленяем группу, образованную звеньями 3 и 4. После этого остается основной механизм, составляющий из стойки и начального звена –2.
Таблица 1
| Схема структурной группы | №№звеньев | Пары | Классгруппы | Порядок | Вид |
| 3 и 4 | C, B, D. | II | 2 | 2 | |
| 1 и 2 | О | I | -- | -- |
Из таблицы 1 видно, что механизм образован группами не выше II класса, следовательно, механизм также II класса. Формула строения механизма:
I (1; 2/0) –II (3; 4/C, В, Д)
2.2Определение положение звеньев и перемещений поршня (ползуна)
2.2.1. Строим планы механизма в масштабе длин – mL = 0,001 м/мм для 12 равностоящих друг от друга положений кривошипа. Исходное положение кривошипа. Значения углов поворота кривошипа для каждого из 12 положений заносим в таблицу 2 строка 1.
2.2.2. Перемещение поршня (В0 В1, В0 В2 и т.д.) заносим в таблицу 2 строка 2, с учетом масштаба пути mS: mS= mL = 0,001 м/мм.
Для положения 10 перемещение поршня: SВ10 = mS (ВоВ10) = 0,001 . 22 = 0,022 м.
2.2.3. Построение траектории центра масс шатуна.
Отрезок с Sш (на чертеже ) изображаем в масштабе mLрасстояния еш :
( сSш ) = еш/mL = 0,075/0,001 = 75 мм.
2.3 Определение скоростей точек и звеньев механизма
2.3.1. Скорости определяем способом планов.
Vc/mv= kLoc/mL;mv= wmL/k; где k – коэффициент кратности.
Принимаем k = 1, тогда масштаб плана скоростей определяется : mv = wmL
2.3.2. Планы скоростей для всех 12 положений строим при двух полюсах; при одном полюсе – для всех четных положений, при другом – для всех нечетных.
Угловая скорость кривошипа:
w =pn/30 = 3,14 * 1700/30 = 177,9 рад/с.
Линейная скорость Vс оси кривошипа – точки С:
Vс = wr = 177,9 * 0,07 = 12,45 м/с.
Линейная скорость Vsk центра масс кривошипа – точки Sk:
Vsk = wek= 177,9 * 0,025 = 4,44 м/с.
Масштаб скоростей на плане:
mv = wmL= 177,9 * 0,001 = 0,1779 м/с/мм.
Длина вектора, изображающего скорость Vc-точки С:
(PC) = Vc/mv= 12,45/0,1779 = 70 мм.
2.3.3. Скорость Vв точки В определяется следующими уравнениями:
Vв = Vc + Vвc;
Vв = Vвx + Vввx;
Vвх = 0; Vв = Vввх;
Vв = mv(pв) = 0,1779 * (-65) = -11,5 м/с;
Vвc = mv(св) = 0,1779 * 36 = 6,32 м/с.
2.3.4. Угловая скорость шатуна:
wш = wвс = Vвс /Lсв = 6,3/0,25 = 25,2 рад/с.
где Lсв - длина шатуна в метрах.
2.3.5.Определяем Vsш – скорость центра масс шатуна(точка Sш):
Vsш =Vc+ Vsшc;
Vsшc = mv(CSш)
(CSш) =L сsш/L св(св) = (0,075/0,25)св = 0,3(св).
Для положения 10:
(CSш) = 0,3 * 36 = 10,8 мм.
Vsш = mv(рsш); м/с.
(рsш) = 66 мм.
Vsш = mv(рsш) = 0,1779 * 66 = 11,68 м/с.
2.4Определение ускорений точек и звеньев механизма
2.4.1. Ускорения определяем способом планов, которые строим на чертеже также в масштабе кривошипа.
(pc) = k (ос), где k – коэффициент кратности k = 1.
ас/mа = kLoc/mL;mа = w2mL/k.
mа = w2mL.
2.4.2. Строим планы 4-х ускорений для 12 положений.
Линейное ускорение ас оси кривошипа – точки С:
ас = асn + асt
Точка С вращается вокруг оси О равномерно (w = const), асt = 0
ас = асn = w2 *r = 177,92* 0,07 = 2215,38 м/с2.
Линейное ускорение ask центра масс кривошипа – точки Sk:
ask = w2* еk = 177,92* 0,025 = 791,21 м/с2.
Масштаб ускорений на плане:
mа = w2* mL = 177,92* 0,001 = 31,6 м/с2/мм.
(pc) = ас/mа = 2215,38/31,6 = 70 мм.
2.4.3. Ускорение авn точки В определяется следующими уравнениями :
ав = ас + авс = ав + авсn + авсt .
ав = авx+ аввx; авx = 0 .
ав = аввx .
Для положения 10: Vвс2 = 6,322 = 39,9 м/с
авсn = Vвс2/Lвс = 39,6/0,25 = 158,7 м/с2.
( сn ) = авсn/mа = 158,7/31,6 = 5,06 мм.
2.4.4. Для положения 10 : (pв) = 25 мм ; (св) = 62 мм ; (nв) = 61 мм.
ав = mа(pв) = 31,6 * 25 = 790 м/с2;
авс = mа(св) = 31,6 * 62 = 1959,2 м/с2;
авсt = mа(nв) = 31,6 * 61 = 1927 м/с2;
2.4.5. Угловое ускорение шатуна, для положения 10:
Еш = авсt/ Lвс = 1927/0,25 = 7708 рад/с2.
2.4.6. Ускорение аsш центра масс шатуна, для положения 10:
аsш = ас + аsшс ;
аsшс = mа(сSш) = 31,6 (сSш);
(сSш) = еш/Lвс (св) = (0,075/0,25) (св) = 0,3(св)мм.
(сSш) = 0,3 * 62 = 18,6 мм.
(pSш) = 50 мм ( таблица 2, строка 24 ).
аsш = 31,6 * 50 = 1580 м/с2.