Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Размещено на /

Кафедра «Теории механизмов и машин»


РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ НА ТЕМУ:

«Проектирование и исследование механизмов

2-х цилиндрового ДВС»


2010 г.


Содержание

рычажный механизм кинематический силовой

Техническое задание

Введение

1. Определение закона движения механизма при установившемся режиме работы

1.1 Структурный анализ

1.2 Построение кинематической схемы и планов возможных скоростей

1.3 Приведение сил и масс. Определение размеров маховика

1.4 Определение скорости и ускорения начального звена

2. Кинематический и силовой анализ рычажного механизма для заданного положения

2.1 Определение скоростей методом построения планов скоростей

2.2 Определение ускорений методом построения планов ускорений

2.3 Определение векторов сил инерции и главных моментов сил инерции звеньев

2.4 Силовой расчет диады 2-3

2.5 Силовой расчет диады 4-5

2.6 Силовой расчет механизма 1ого класса

2.7 Определение уравновешивающей силы с помощью теоремы Н.Е. Жуковского о «жестком рычаге»

Список использованной литературы


Техническое задание


Вариант 00.

1. Определить закон движения рычажного механизма при установившемся режиме работы.

2. Выполнить кинематический и силовой анализ рычажного механизма для заданного положения.


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Рис. 1


Исходные данные:

Длина звена 1: lAB=lAD=l1=0,1 м; длина звеньев 2 и 4: l2=l4=0,38 м; относительное положение центра массы S шатуна: BS2/BC=DS4/DE=0,38; угловая средняя скорость звена 1: ω1ср=75 рад/с; масса звеньев 2 и 4: m2=m4=15 кг; масса звеньев 3 и 5: m3=m5=12 кг; момент инерции звеньев 2 и 4 относительно центра масс:

JS2=JS4=0,22 кг∙м2; момент инерции кривошипного вала относительно оси вращения: JA1=1,25 кг∙м2; момент инерции вращающихся звеньев редукторов, приведенный к оси кривошипного вала: JР=1,9 кг∙м2; момент инерции гребного вала с винтом:

Jв=4 кг∙м2; диаметр цилиндра: D=0,12 м; допускаемый коэффициент неравномерности вращения кривошипного вала: δ=1/40; координата звена 1 для силового анализа: φ1=30°.


Введение


Данная курсовая работа выполнена по предмету: «Теория механизмов и машин» и состоит из двух разделов. В первом разделе определяется закон движения рычажного механизма при установившемся режиме работы; во втором разделе проводится кинематический и силовой анализы рычажного механизма для заданного положения.

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

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и двух чертежей формата А1 и А2. В пояснительной записке приводится описание заданного рычажного механизма, структурный, кинематический и силовой анализы. На чертежах построена кинематическая схема механизма для двенадцати равноотстающих положений кривошипа, планы скоростей и ускорений для заданного положения механизма, планы сил для заданного положения механизма и схема рычага Жуковского.


1. Определение закона движения механизма при установившемся режиме работы


1.1 Структурный анализ


Механизм представляет собой 6-тизвенный рычажный механизм.

Кинематическая схема механизма показана на рис. 1:

звено 1 – ведущее – кривошип BD равномерно вращается вокруг неподвижной оси;

звено 2 – шатун ВC совершает плоскопараллельное движение;

звено 3 – ползун (поршень) C движется поступательно;

звено 4 – шатун DE совершает плоскопараллельное движение;

звено 5 – ползун (поршень) E движется поступательно;

звено 6 – стойка неподвижная (неподвижный шарнир A; неподвижные направляющие ползуна E; неподвижные направляющие ползуна С).

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


Таблица 1.1.

№ п/п

Соединяемые

звенья

Вид пары Подвижность Класс
1 1-6 вращательная В 1 V крайняя (внешняя)
2 1-2 вращательная В 1 V средняя (внутренняя)
3 1-4 вращательная В 1 V средняя (внутренняя)
4 2-3 вращательная В 1 V средняя (внутренняя)
5 3-6 поступательная П 1 V крайняя (внешняя)
6 4-5 вращательная В 1 V средняя (внутренняя)
7 5-6 поступательная П 1 V крайняя (внешняя)

Кинематических пар IV класса в данном механизме нет.

В результате:

- число кинематических пар V класса р5 = 7;

- число кинематических пар IV класса р4 = 0.

Степень подвижности механизма W определяется по формуле Чебышева:


W = 3n – 2p5 – p4,


где n – число подвижных звеньев,

p5 – число кинематических пар V класса,

p4 – число кинематических пар IV класса.

Получаем:

W = 3·5 – 2·7 – 0 = 1,

т.е. механизм имеет одно ведущее звено – кривошип BD.

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

1. Диада 4-5 (рис. 1) – шатун DE с ползуном E – представляет собой двухповодковую группу второго вида, т.е. диаду 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 диады: р5 = 3; р4 = 0.

Степень подвижности диады:

W45 = 3·2 - 2·3 – 0 = 0

2. Диада 2-3 (рис. 1) – шатун BC с ползуном C представляет собой двухповодковую группу второго вида, т.е. диаду 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 диады: р5 = 3; р4 = 0.

Степень подвижности диады 2-3:

W23 = 3·2 - 2·3 – 0 = 0

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

Число подвижных звеньев n = 1.

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

Число кинематических пар: р5 = 1; р4 = 0.

Степень подвижности механизма 1-го класса:

W1 = 3·1 - 2·1 – 0 = 1


1.2 Построение кинематической схемы и планов возможных скоростей


Определяем недостающий размер механизма – ход поршня. Для кривошипно-ползунного механизма без эксцентриситета ход поршня:

Н = 2l1 = 2∙0,1 = 0,2 м.

Строим кинематическую схему механизма для двенадцати равноотстающих положений кривошипа в масштабе μl = 0,002 м/мм. Крайнее верхнее положение т. В кривошипа, соответствующее верхнему мертвому положению поршня 3, принимается за исходное и ему присваивается номер «0».

Планы возможных скоростей для двенадцати положений механизма строятся на основании векторных уравнений:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

и условия, что направления скоростей точек С и Е совпадают с осью цилиндров.

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - векторы абсолютных скоростей точек С, В, Е и D, а Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС и Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - векторы скоростей точки С относительно точки В и точки Е относительно точки D, причем Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС и Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Построение планов начнем, задавшись длиной векторов VB = VD = 50 мм, одинаковой для всех положений механизма.


1.3 Приведение сил и масс. Определение размеров маховика


Определим момент инерции маховика и его размеры по методу Мерцалова, используя теорему об изменении кинетической энергии и делая предварительно приведение сил и масс к начальному (первому) звену механизма.

Построим индикаторную диаграмму в масштабе:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС МПа/мм,


где Рmax – максимальное давление в цилиндре, МПа;

рmax – максимальная ордината индикаторной диаграммы в мм.

Внешние силы и моменты, действующие на звенья механизма: силы давления газов на поршни: Рд3 и Рд5; силы тяжести звеньев:

G2 = G4 = gm2 = 10·15 = 150 H;

G3 = G5 = gm3 = 10·12 = 120 H,

приведенный момент сопротивления МСпр = const, величина которого пока неизвестна. Максимальное усилие на поршень:

Рдmax = F·Pmax = (πD2/4)· Pmax = (3,14·0,122/4)· 5,14·106 = 56,5 кН

Для удобства использования индикаторную диаграмму преобразуем в график сил Рд3(Sc). За ординаты графика сил принимаются ординаты, снимаемые с индикаторной диаграммы, тогда масштаб графика сил определится по формуле:

µр’ = µр·F·106 = µр·(πD2/4)·106 = 0,056·(3,14·0,122/4)·106 = 0,63 кН/мм

Определим, из условия равенства элементарных работ (мощностей) приведенного момента и приводимых сил, приведенный момент от сил давления газов и сил тяжести звеньев для группы Ассура II22(2,3)(цилиндр С):


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС


Для первого положения механизма:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС1,4 кН·м

Расчеты показывают, что влияние сил веса звеньев на значение приведенного момента незначительно ( <<2%) и им можно пренебречь. Учитывая также, что угол между вектором силы и вектором скорости точки приложения этой силы всегда равен 0° или 180°, расчетная формула для определения приведенного момента сил, действующих на группу Ассура II22(2,3), окончательно запишется:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.


Выполним расчет Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС для двенадцати положений механизма, данные сведем в таблицу 1.

Приведенный момент инерции Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС звеньев второй группы механизма, к которым относятся все звенья, кроме первого, определяется на основании равенства кинетической энергии звена приведения и приводимых звеньев:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС


Для первого положения механизма:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

= 0,2482 кг/м2

Выполним расчет Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС для двенадцати положений механизма, данные сведем в таблицы 2, 3.

По результатам табличных расчетов строим графики:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС


Масштаб графика Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС по оси абсцисс при базе графика х = 300 мм равен:

µφ = 2π/х = 6,28/300 = 0,0209 рад/мм.

Аналогично для графика Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС:

µφ = 2π/х = 6,28/300 = 0,0209 рад/мм.


Таблица 1

Обозначение параметра Положение механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, мм

87 37 10 4 1 0,2 0,1 -0,1 -0,2 -1 -4 -18
µр’, кН/мм 0,63

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

55 23 6 2,5 0,6 0,1 0,06 -0,06 -0,1 -0,6 -2,5 -11
l1, м 0,1
pb, мм 50
pc, мм 0 31 49 50 37,5 19 0 19 37,5 50 49 31
pc/pb 0 0,62 0,98 1 0,75 0,38 0 0,38 0,75 1 0,98 0,62

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, кН·м

0 1,43 0,59 0,25 0,05 0,004 0 -0,002 -0,008 -0,06 -0,25 -0,68

Масштабы по осям ординат приняты с учетом желаемых максимальных ординат:

µJ = 0,0032 (кг·м2)/мм; µм = 0,02 (кН·м)/мм.

График приведенного момента Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВСот сил давления газов в цилиндре Е строится на основании циклограммы, из которой следует, что рабочий процесс в цилиндре Е по отношению к процессу в цилиндре С сдвинут на 180° угла поворота кривошипа.

Основное условие установившегося движения – сумма работ всех внешних сил и моментов за цикл движения равна нулю, т.е. работа движущих сил Рд3 и Рд5 за цикл по величине равна работе сил сопротивления: |Ад|ц = |Ас|ц.

Работа движущих сил за цикл пропорциональна площади fд (мм2) под кривыми Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС и Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС. Работа сил сопротивления за цикл, поскольку Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, равна:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Таблица 2

Обозначение параметра Положение механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
m2=m4, кг 15
l1, м 0,1
pb=pd, мм 50
pS2, мм 31 38 48 50 49 35 31 35 44 50 48 38
(pS2/pb)2 0,38 0,58 0,92 1 0,96 0,49 0,38 0,49 0,77 1 0,92 0,58

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

кг·м2

0,057 0,087 0,138 0,15 0,144 0,074 0,057 0,074 0,116 0,15 0,138 0,087
JS2=JS4, кг·м2 0,22
l2=l4, м 0,4
(l1/l2)2=(l1/l4)2 0,0625
bc, мм 50 44 26 0 26 44 50 44 26 0 26 44
(bc/pb)2 1 0,77 0,27 0 0,27 0,77 1 0,77 0,27 0 0,27 0,77

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кг·м2

0,0138 0,0106 0,0037 0 0,0037 0,0106 0,0138 0,0106 0,0037 0 0,0037 0,0106
m3=m5, кг 12

Следовательно:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС

Мощность, снимаемая с вала кривошипа при установившемся режиме работы (без учета механического к.п.д.):

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС


Таблица 3

Обозначение

параметра

Положение механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
pc, мм 0 31 49 50 37,5 19 0 19 37,5 50 49 31
(pc/pb)2 0 0,38 0,96 1 0,56 0,14 0 0,14 0,56 1 0,96 0,38

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кг·м2

0 0,0456 0,1152 0,12 0,0672 0,0168 0 0,0168 0,0672 0,12 0,1152 0,0456
pS4, мм 31 35 44 50 48 38 31 38 48 50 44 35
(pS4/pd)2 0,38 0,49 0,77 1 0,92 0,58 0,38 0,58 0,92 1 0,77 0,49

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кг·м2

0,057 0,074 0,116 0,15 0,138 0,087 0,057 0,087 0,138 0,15 0,116 0,074
ed, мм 50 44 26 0 26 44 50 44 26 0 26 44
(ed/pd)2 1 0,77 0,27 0 0,27 0,77 1 0,77 0,27 0 0,27 0,77

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кг·м2

0,0138 0,0106 0,0037 0 0,0037 0,0106 0,0138 0,0106 0,0037 0 0,0037 0,0106
ре, мм 0 19 37 50 49 31 0 31 49 50 37 19
(рe/pd)2 0 0,14 0,55 1 0,96 0,38 0 0,38 0,96 1 0,55 0,14

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кг·м2

0 0,0168 0,066 0,12 0,1152 0,0456 0 0,0456 0,1152 0,12 0,066 0,0168

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, кг·м2

0,1416 0,2446 0,4426 0,54 0,4718 0,2446 0,1416 0,2446 0,4438 0,54 0,4426 0,2446

По величине Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС строим график Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, а затем алгебраическим суммированием график суммарного приведенного момента Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Строим график суммы работ Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВСметодом графического интегрирования графика Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС. Масштаб ординат графика суммы работ:

µА = µм· µφ·к = 0,02·0,0209·50 = 0,0209 кДж/мм,

где к –полюсное расстояние при интегрировании.

Строим график кинетической энергии всех звеньев механизма, на основании зависимости Т = ΣА + Тнач, путем переноса оси абсцисс графика ΣА(φ1) вниз на величину ординаты, соответствующей величине Тнач. Однако значение кинетической энергии в начальном (нулевом) положении механизма пока неизвестно, поэтому положение оси абсцисс графика Т(φ1) показывается условно.

Определяем кинетическую энергию звеньев второй группы на основании приближенной зависимости:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


поэтому построенную кривую Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС можно принять за приближенную кривую Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС. Масштаб графика Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС определяется по формуле:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Определяем кинетическую энергию звеньев первой группы на основании зависимости ТI = Т – ТII. Графики Т(φ1) и ТII(φ1) построены. График ТI(φ1) можно построить вычитанием из ординат кривой Т ординат кривой ТII.


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


где Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС и Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - ординаты с графиков ΣА(φ1) и ТII(φ1) в мм; Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС и Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - масштабы соответствующих графиков. Расчет Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС сведем в таблицу 4.

По результатам расчета в масштабе µТ = 0,0209 кДж/мм относительно оси Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС строим график ΔТI(φ1), который относительно оси Т будет являться графиком ТI(φ1).

По графику ТI(φ1) определяем наибольший перепад кинетической энергии звеньев первой группы за цикл установившегося движения:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


где Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС- отрезок с графика ТI(φ1) в мм.

Таблица 4.

Обозначение

параметра

Положение механизма

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
µА, кДж/мм 0,0209
µТII, кДж/мм 0,009

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, мм

0 11 21 16 1,5 21 42 41 30 46 59 69

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС, мм

44 76 138 169 147 76 44 76 139 169 138 76

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кДж

0 0,2299 0,4389 0,3344 0,0314 -0,4389 -0,8778 -0,8569 -0,627 -0,9614 -1,2331 -1,4421

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кДж

0,396 0,684 1,242 1,521 1,323 0,684 0,396 0,684 1,251 1,521 1,242 0,684

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

кДж

-0,396 -0,4541 -0,8031 -1,1866 -1,2916 -1,1229 -1,2738 -1,5409 -1,878 -2,4824 -2,4751 -2,1261

Определяем необходимый момент инерции звеньев первой группы, обеспечивающий заданную неравномерность движения:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Определяем момент инерции дополнительной маховой массы (маховика):

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Принимаем материал маховика сталь и относительные параметры:

β = b/D = 0,3 и α = h/D = 0,2. Средний диаметр маховика:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.

Ширина обода маховика:

b = β·D = 0,3·0,519 = 0,156 м

Высота сечения обода:

h = α·D = 0,2·0,519 = 0,104 м

Масса маховика:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.


Проверка диаметра маховика по параметру скорости:

Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,

где υкр = 100 – для стальных маховиков. Условие выполняется.


1.4 Определение скорости и ускорения начального звена


При δ≤1/25 для определения истинной угловой скорости ω1 начального звена можно воспользоваться графиком ТI(φ1), который также будет являться графиком ωI(φ1) в масштабе:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.


Линию средней скорости на графике ωI(φ1) проведем через середину отрезка Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС. Расстояние от линии средней скорости до оси абсцисс графика ωI(φ1) в масштабе Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС равно:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.


Истинная угловая скорость (ω1)1 начального звена в первом положении, для которого в дальнейшем предполагается производить силовой анализ, определяется по формуле:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


где Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - отрезок в мм от линии средней скорости до кривой ω1 в первом положении.

Угловое ускорение начального звена определяется из уравнения движения механизма в дифференциальной форме по формуле (для первого положения):


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС.


Суммарный приведенный момент в первом положении:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


где Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - ордината с графика Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС для первого положения механизма в мм.

Суммарный приведенный момент инерции:


Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС,


где Проектирование и исследование механизмов двухцилиндрового ДВС - из табл. 3 для первого положения.


Проектирование и исследование механизмов
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: