ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Пояснительная записка к курсовому проекту
Дисциплина – «Теория машин и механизмов»
Харьков 2009
Введение
Среди рычажных механизмов различных типов одним из наиболее распространенных в технике являются кривошипно-ползунные механизмы (КПМ). Они используются в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), компрессорах, насосах, ряде станков (например, прессах) и других машинах различного назначения, включая наземные и воздушные транспортные средства.
Поршневые ДВС служат для преобразования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу. Механизмы одноцилиндровых ДВС имеют сравнительно небольшую мощность
. Они применяются в основном в энергоустановках для привода в движение электрогенераторов, компрессоров, воздуходувных установок, в самоходных шасси, служат для перемещения грузов и т.д.Одним из эффективных средств повышения мощности ДВС является увеличение числа их цилиндров. Поэтому многоцилиндровые ДВС широко распространены в современной технике. В авиации ДВС сейчас применяются в вертолетах, легких транспортных, спортивных и учебных самолетах.
1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма ДВС
1.1 Определение линейных размеров звеньев механизма
Проектирование кинематической схемы кривошипно–ползунного механизма (КПМ) заключается в выборе в соответствии с заданными условиями и требованиями значений линейных размеров кривошипа и шатуна.
Определяем ход поршня:
,где:
– диаметр поршня.Запишем ход поршня через длину кривошипа:
Из отношения длины шатуна к радиусу кривошипа
определим длину шатуна:В качестве начального звена в КПМ выбрано кривошип. Условие существования КПМ:
1.2 Структурный анализ механизма
Рисунок 1.2.1. Механизм ДВС – кривошипно-шатунный механизм
1.2.1. Определяем число подвижных звеньев:
1.2.2. Подсчет и классификация кинематических пар 5 и 4 класса:
1. (0–1) – НКП, вращательная, 5 класса;
2. (1–2) – НКП, вращательная, 5 класса;
3. (1–4) – НКП, вращательная, 5 класса;
4. (2–3) – НКП, вращательная, 5 класса;
5. (3–0) – НКП, поступательная, 5 класса;
6. (4–5) – НКП, вращательная, 5 класса;
7. (5–0) – НКП, поступательная, 5 класса.
Таким образом,
Определение степени подвижности:
Выделение основного механизма – основной механизм это первое звено и стойка с соединяющей их кинематической парой.
Рисунок 1.2.2. Основной механизм первого класса
Выделение 1-й в порядке наслоения группы Ассура – звено 2–3, 4–5.
Рисунок 1.2.3. Первая в порядке наслоения группа Ассура 2-го класса 2-го вида
Рисунок 1.2.4. Вторая в порядке наслоения группа Ассура 2-го класса 2-го вида
Определение класса механизма в целом. Механизм 2-го класса, так как в его состав входит структурная группа второго класса.
1.3 Кинематический анализ механизма
Метод замкнутых контуров устанавливает связь между геометрическими и кинематическими параметрами механизма и основан на условии замкнутости контуров. В механизмах 2-го класса количество замкнутых контуров равно количеству структурных групп 2-го класса, образующих механизм. Если звенья механизма принять за векторы, то в процессе движения конфигурация векторного многоугольника изменяется, но условие замкнутости сохраняется, т.е. в любом положении механизма геометрическая сумма векторов равна нулю.
Рисунок 1.3.1. Замкнутый векторный многоугольник
Кинематическая схема механизма приведена на рис. 1.3.1. Направляющие ползунов наклонены относительно системы координат
. Целесообразно выбрать новую систему координат , начало которой совмещено с осью вращения кривошипа 1, а ось абсцисс ориентирована параллельно направляющим ползуна 3. Для однозначного определения направляющих углов и со звеньями 1 и 2 связываются векторами . Длину шатуна 2 и положение точки на шатуне выражено через длину кривошипа:Направляющий угол
вектора :где:
координаты начала и конца вектора которые выражены в виде соотношений:После подстановки уравнений
в имеется:или
Функция положения точки
ползуна 3 соответствует выражениюФункция положения точки
на шатуне 2Кинематические передаточные функции получаются путем дифференцирования соотношений
по обобщенной координате .Передаточное отношение
угловых скоростей шатуна и кривошипаили окончательно
Передаточные функции скорости некоторых точек: точки
на ползунеили окончательно
точки
на шатуне:Угловое ускорение шатуна 2:
или
Передаточная функция углового ускорения шатуна 2 определяется соотношением