Конструирование кривошипно-ползунного механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н.Прянишникова"

Кафедра: деталей машин

кривошипный ползунный двигатель маховик

Курсовая работа по дисциплине

"Теория механизмов и машин"

Выполнил: студент 2 курса

заочного отделения

Специальность: Безопасность

жизнедеятельности (в техносфере)

Шифр БЖс - 08 - 49

Пушков Александр Михайлович

Проверил: Уржунцев И.П.

2009



Задание

Произвести проектирование, структурное, кинематическое, силовое и динамическое исследование механизмов двухтактного двигателя.

На рисунке представлен кривошипно-ползунный механизм двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Данные механизмы служат для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа ОА. Положение центров масс звеньев 1,2,3 взять в точках S₁,S₂,S₃.

AS₂ = 0,3AB.

Данные для расчетов. Табл. 1

1	Скорость вращения коленчатого вала	?1	400	с-1
2	Длина звена 1(ОА)	loa	0,048	м
3	Масса звена 1(кривошипа)	m1	3	кг
4	Масса шатуна АВ	m2	3,3	кг
5	Масса ползуна 3	m3	2,2	кг
6	Момент инерции кривошипа относительно оси О.	Io1	0,08	кгм2
7	Центральный момент инерции шатуна АВ	Is2	0,02	кгм2
8	Максимальное индикаторное давление	Pmax	4	МПа
9	Диаметр цилиндра	D	0,095	м
10	Коэффициент неравномерности хода	?	0,05
11	Отношение длины шатуна АВ к длине кривошипа	?	4,1

Планы ускорений строим по 3 положению механизма. Силовой расчет делаем по 3 положению механизма.



1. Графоаналитический метод кинематического анализа

1.1 Построение схемы механизма. Масштаб схемы

Приняв на чертеже (лист 1) отрезок ОА = 48 мм.

Длина кривошипа l_oa = 0,048 м;

Длина шатуна l_ав = l_oa ? = 0,0484,1 = 0,197 м;

Длина чертежа L = 2 l_oa + l_ав = 20,048 + 0,197 = 0,293 м.

Центр тяжести (расстояние от А до центра тяжести шатуна):

AS₂ = 0,3 AB

AS₂ = 0,3 197 = 59,1 мм.

В принятом масштабе чертим схему механизма. Для построения 12 положений звеньев механизма разделим траекторию, описываемую точкой А кривошипа на 12 равных частей. В качестве нулевого принимаем то положение кривошипа, при котором точка В ползуна занимает крайнее верхнее положение. Из отмеченных на окружности точек А₀, А₁, …А_n раствором АВ намечаем на линии движения ползуна три точки 0,1,2 и т.д. (положение точки В) соединяем точку А₁ с точкой 1, точку А₂ с точкой 2 и т.д. Получаем 12 положений звеньев механизма.

1.2 Построение планов скоростей механизма

Построение начинаем от ведущего звена. Из точки "P" принятого за полюс плана скоростей откладываем в направлении вращения кривошипа ОА вектор скорости точки А: pa = 100 мм. Построение плана скоростей группы А производим по уравнению:



V_в = V_a + V_ва ,

где V_a - скорость точки А кривошипа ОА. Её величина равна:

V_a = ?₁ l_oa = 400 с^-1 0,048 м = 19,2 м/с.

V_в - скорость точки В ползуна 3, направлена вдоль оси ОВ. Из точки "О" проводим линию перпендикулярную оси звена АВ, а из полюса "P" плана скоростей, линию параллельную оси ОВ. Точка "b" пересечение этих линий даст конец вектора искомой скорости V_в .

Масштаб планов скоростей вычисляем по формуле:

;

Скорость точки S₂ определяем по правилу подобия. Истинное значение каждой скорости определяем по формулам:

V_в = ?_v pb; V_ва = ?_v аb; V_s2 = ?_v ps₂; ?₂ = V_ва / l_АВ .

Значения заносим в таблицу.

Табл. 2

№ п/п	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Vва	19,2	16,9	9,6	0	9,6	16,9	9,6	16,9	9,6	0	9,6	16,9	19,2
?2	97	86	49	0	49	86	97	86	49	0	49	86	97
Vв	0	11,7	18,8	19,2	14,4	7,1	0	7,1	14,4	19,2	18,8	11,7	0
Vs2	13,4	15,6	18,4	19,2	17,3	14,6	13,4	14,6	17,3	19,2	18,4	15,6	13,4

Направление угловой скорости звена АВ определяется следующим образом. Переносим мысленно вектор ba с плана скоростей в точку В шатуна 2 и наблюдаем направление поворота этого звена вокруг точки А. Например, в 5 положении угловая скорость ?₂ направлена против часовой стрелки.

1.3 Построение планов ускорений механизма

Построение плана ускорений рассмотрим для 3 положения механизма (лист 1), так как кривошип ОА вращается с постоянной угловой скоростью, то точка А кривошипа будет иметь только нормальное ускорение, величина которого равна:

а_А = ?₁² l_oa = 400² 0,048 = 7680 м/с².

Масштаб плана ускорений определяем по формуле:

где = 100 мм - длина отрезка, изображающего на плане ускорений вектор нормального ускорения точки А кривошипа ОА.

Из произвольной точки "Р" - полюса плана ускорений проводим параллельно звену ОА во втором положении от точки А₄ к точке О.

Построение плана ускорении группы А проводим согласно векторному уравнению:

а_В = а_А + + ,

где а_В - ускорение точки В ползуна 3, направленного вдоль ОВ;

- нормальное ускорение точки В шатуна АВ при вращении его вокруг точки А, направлено вдоль оси звена АВ от точки В к А;

- касательное ускорение точки В шатуна АВ при его вращении вокруг точки А, направленно перпендикулярно к оси звена АВ.

Для положения 3:

= ?₂² l_АВ = 0² 0,197 = 0.

an = / _а = 0.

На плане ускорений через а вектора проводим параллельную прямую оси звена АВ и откладываем на ней в направлении от точки В к точке А отрезок n_АВ.

Через конец этого вектора проводим прямую перпендикулярную к оси звена АВ. Затем через полюс проводим прямую параллельную оси ОВ, точка пересечения этих прямых определяет конец вектора . Точку S₂ на плане ускорений находим по правилу подобия пользуясь отношением отрезков AS₂ = 0,3 AB. Числовое значение ускорения найдем по формулам.

а_в = ?_а ; а_s2 = ?_а ps₂ ; = ?_а .

а_в = 76,8 25 = 1920 м/с²; а_s2 = 76,8 70 = 5376 м/с²; = 76,8 103 = 7910,4 м/с².

Определяем угловое ускорение ?₂:

;

?₂ = 7910,4/0,197 = 40154 с^-2.

Для определения направления углового ускорения ?₂ мысленно переносим вектор nb_АВ с плана ускорений в точку О звена АВ.

Считая точку А неподвижной, замечаем, что поворот звена будет против часовой стрелки.



1.4 Годограф центра скорости масс S₂ звена 3

Для построения годографа скорости переносим векторы pS₂ (для всех положении) с плана скоростей параллельно самим себе своим началом в одну точку Р, называемую полюсом, соединяя концы векторов плавной кривой.



2. Графоаналитический метод силового анализа

2.1 Определяем силы, действующие на звенья механизма

m₁ = 3 кг; m₂ = 3,3 кг; m₃ = 2,2 кг; g = 10 м/с².

G = m g

G₁ = 3 10 = 30 Н;

G₂ = 3,3 10 = 33 Н;

G₃ = 2,2 10 = 22 Н.

Веса прикладываем в центре тяжести звена и направляем параллельно вниз.

2.2 Определяем силы инерции звеньев

Ф = m a_sn

Ф₁ = 0 , так как a_s1 = 0;

Ф₂ = 3,3 5376 = 17741 Н;

Ф₃ = 2,2 1920 = 4224 Н.

Силы инерции прикладываем в центре тяжести звена и направляем в сторону обратную ускорению этой точки.

2.3 Определяем инерционные моменты звеньев

М_u1 = 0 , так как ?₁ = 0, ?₁ = 0;

М_u2 = I_s2 ?₂ = 0,02 40154 = 803,1 Нм;



М_u3 = 0.

Инерционные моменты звеньев направляем в сторону обратную угловому ускорению звена ?.

2.4 Определяем силы давления газов.

4000000 = 28338,5 Н.

Табл. 3.

№ п/п		Pg , Н
0	0,8	22671
1	1,0	28339
2	0,5	14169
3	0,25	7085
4	0,15	4251
5	0,05	1417
6	0	0
7	0,01	283
8	0,02	567
9	0,05	1417
10	0,15	4251
11	0,45	12752
12	0,8	22671

2.5 Силовой расчет начинаем со структурной группы 2-3

1. ? М_В (2) = 0;

;

Реакции определяем методом планов сил, рассматривая равновесия звеньев 2-3 согласно уравнения:

где - это сила, действующая со стороны стенки цилиндра на поршень 3. Направлена перпендикулярно оси цилиндра.

Выбираю масштаб = 150 .

;

Отсюда:

2. ? Р (2) = 0.

3. ? М_В (3) = 0;

2.6 Переходим к силовому расчету звена 1

Изображая ведущее звено ОА со стойкой, с действующими на него силами в 3 положении. Ведущее звено имеет степень подвижности N = 1, поэтому под действием приложенных к нему сил, в том числе и сил инерции, его нельзя считать находящимся в равновесии.

Чтобы имело место равновесие, необходимо дополнительно ввести силу или пару, уравновешивающую все силы, приближенные к ведущему звену. Эта сила и момент носят название уравновешивающей силой Р_у и момента М_u .

В точке А на ведущее звено действует сила и уравновешивающая сила Р_у , направленная перпендикулярно кривошипу ОА, неизвестная по величине. Величину уравновешивающей силы Р_у найдем из уравнения моментов всех сил, действующих на звено 1 относительно точки О.

1. ? М_о (1) = 0;

2. ? Р (1) = 0.

Для определения реакции R₀₁ со стороны стойки на ведущее звено строим план сил в масштабе = 150 .



3. Расчет маховика

Определяем приведенный к валу кривошипа 1 момент сил, движущих без учета сил тяжести звеньев. Используем формулу:

По полученным значениям строим график 1 в масштабе = ;

Масштаб по оси ? :

Методом графического интегрирования графика 1 получаем график работ движущих сил в масштабе:

; 2

где Н - произвольная величина.

Соединяя начало и конец графика 2 ,получаем график работ сил сопротивления - 3 .

Методом графического дифференцирования графика 3 получаем график постоянного приведенного момента сил сопротивления 4

Определяем изменения кинетической энергии механизма за цикл.

5

Из координат второго графика вычитаем координаты третьего и получаем координаты пятого.

Определяем кинетическую энергию звеньев второй группы. Используем формулу:



По полученным значениям строим график:

6

Для получения координат графика 6 разделим значение для всех 12 значений на . Значения занесем в таблицу 4.

Определяем изменение кинетической энергии звеньев первой группы. Для чего из ординат графика 5 вычитаем ординаты графика 6 .

7

Определяем максимальное изменение кинетической энергии звеньев первой группы, используя формулу:



Определяем приведенный момент инерции звеньев первой группы

Определяем момент инерции маховика

= 0,1 - 0,08 = 0,02

Определяем размеры и массу маховика

D = 174 мм; 29 мм;

26 мм; 44 мм;

44 мм.

Табл.4

№ п/п	(Н)	(мм) 1	(мм) 2	(мм) 3	(мм) 5	Дж	(мм) 6	(мм) 7
0	0	0	0	0	0	473	45,7	- 45,7
1	830	120,3	19	5	14	624	60,3	- 46,3
2	667	96,7	58	10	48	974	94,1	- 46,1
3	340	49,3	81	15	66	1014	97,9	- 31,9
4	153	22,2	92	21	71	745	71,9	- 0,9
5	25	3,6	96	26	70	481	46,5	23,5
6	0	0	98	31	67	473	45,7	21,3
7	- 5	- 0,7	97	36	61	481	46,5	14,5
8	- 20	- 2,9	96	41	55	745	71,9	- 16,9
9	- 68	- 9,9	94	46	48	1014	97,9	- 49,9
10	- 200	- 28,9	87	51	36	974	94,1	- 58,1
11	- 373	- 54,1	73	57	16	642	60,3	- 44,3
12	0	0	62	62	0	473	45,7	- 45,7



Список литературы

1. Лачуга Ю.Ф., Воскресенский А.Н., Чернов М.Ю. Теория механизмов и машин. Кинематика, динамика и расчет. М. Колос 2005

2. Методические пособия Уржунцева И.П. по предмету: Теория механизмов и машин.

Размещено на Allbest.ru