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 выражению
Функция положения точки на шатуне 2
Кинематические передаточные функции получаются путем дифференцирования соотношений по обобщенной координате .
Передаточное отношение угловых скоростей шатуна и кривошипа
или окончательно
Передаточные функции скорости некоторых точек: точки на ползуне
или окончательно
точки на шатуне:
Угловое ускорение шатуна 2:
или
Передаточная функция углового ускорения шатуна 2 определяется соотношением
где:
Окончательно получается
Отношение ускорения к квадрату угловой скорости точки на ползуне равно
Действительные значения углового ускорения шатуна 2 и линейного ускорения точки ползуна 3 соответственно становят:
Следуя методике, изложенной выше, получим
Результаты вычислений для 24 положений кривошипно-ползунного механизма приведены в таблицах ниже
Таблица 1.3.1. Результаты расчетов
0 | 0 | 14,3 | 0 | 2,9633 | -10 | -1,792 | -144 | 7,8606 |
30 | -7,18 | 11,0 | -1,754 | 2,5674 | -8,729 | -6,549 | -114,6 | -69,42 |
60 | -12,5 | 4,91 | -2,813 | 1,2173 | -5,121 | -9,431 | -43,21 | -130,6 |
90 | -14,5 | -2,49 | -2,88 | -0,623 | 0 | -9,857 | 29,745 | -140,6 |
120 | -12,5 | -9,25 | -2,175 | -2,21 | 5,1215 | -7,761 | 71,987 | -93,77 |
150 | -7,18 | -13,6 | -1,126 | -2,944 | 8,7287 | -3,519 | 84,907 | -16,91 |
180 | 0 | -14,3 | 0 | -2,709 | 10 | 1,7916 | 86,4 | 47,869 |
210 | 7,18 | -11,0 | 1,1258 | -1,845 | 8,7287 | 6,5491 | 84,907 | 78,683 |
240 | 12,5 | -4,91 | 2,1748 | -0,753 | 5,1215 | 9,4315 | 71,987 | 85,921 |
270 | 14,5 | 2,49 | 2,88 | 0,3769 | 0 | 9,8574 | 29,745 | 86,308 |
300 | 12,5 | 9,25 | 2,8135 | 1,492 | -5,121 | 7,7613 | -43,21 | 82,728 |
330 | 7,18 | 13,6 | 1,7542 | 2,4682 | -8,729 | 3,5187 | -114,6 | 61,896 |
360 | 0 | 14,3 | 0 | 2,9633 | -10 | -1,792 | -144 | 7,8606 |
390 | -7,18 | 11,0 | -1,754 | 2,5674 | -8,729 | -6,549 | -114,6 | -69,42 |
420 | -12,5 | 4,91 | -2,813 | 1,2173 | -5,121 | -9,431 | -43,21 | -130,6 |
450 | -14,5 | -2,49 | -2,88 | -0,623 | 0 | -9,857 | 29,745 | -140,6 |
480 | -12,5 | -9,25 | -2,175 | -2,21 | 5,1215 | -7,761 | 71,987 | -93,77 |
510 | -7,18 | -13,6 | -1,126 | -2,944 | 8,7287 | -3,519 | 84,907 | -16,91 |
540 | 0 | -14,3 | 0 | -2,709 | 10 | 1,7916 | 86,4 | 47,869 |
570 | 7,18 | -11,0 | 1,1258 | -1,845 | 8,7287 | 6,5491 | 84,907 | 78,683 |
600 | 12,5 | -4,91 | 2,1748 | -0,753 | 5,1215 | 9,4315 | 71,987 | 85,921 |
630 | 14,5 | 2,49 | 2,88 | 0,3769 | 0 | 9,8574 | 29,745 | 86,308 |
660 | 12,5 | 9,25 | 2,8135 | 1,492 | -5,121 | 7,7613 | -43,21 | 82,728 |
690 | 7,18 | 13,6 | 1,7542 | 2,4682 | -8,729 | 3,5187 | -114,6 | 61,896 |
720 | 0 | 14,3 | 0 | 2,9633 | -10 | -1,792 | -144 | 7,8606 |
Таблица 1.3.2. Результаты расчетов
0 | 1,92 | 2,8978 | 124,8 | 76,387 | 0 | -405,6 |
30 | 2,2696 | 2,6337 | 111,48 | 93,313 | 191,98 | -303,8 |
60 | 2,7721 | 2,0938 | 84,887 | 118,61 | 349,01 | -129,7 |
90 | 2,88 | 1,9668 | 77,437 | 123,21 | 413,12 | 65,303 |
120 | 2,5735 | 2,4593 | 91,237 | 102,66 | 349,01 | 250,69 |
150 | 2,1325 | 2,862 | 102,35 | 78,892 | 191,98 | 383,71 |
180 | 1,92 | 2,8137 | 105,6 | 81,111 | 0 | 405,62 |
210 | 2,1325 | 2,4236 | 102,35 | 95,849 | -192 | 303,83 |
240 | 2,5735 | 2,0196 | 91,237 | 104,2 | -349 | 129,68 |
270 | 2,88 | 1,9458 | 77,437 | 105,26 | -413,1 | -65,3 |
300 | 2,7721 | 2,2719 | 84,887 | 99,58 | -349 | -250,7 |
330 | 2,2696 | 2,7078 | 111,48 | 86,086 | -192 | -383,7 |
360 | 1,92 | 2,8978 | 124,8 | 76,387 | 0 | -405,6 |
390 | 2,2696 | 2,6337 | 111,48 | 93,313 | 191,98 | -303,8 |
420 | 2,7721 | 2,0938 | 84,887 | 118,61 | 349,01 | -129,7 |
450 | 2,88 | 1,9668 | 77,437 | 123,21 | 413,12 | 65,303 |
480 | 2,5735 | 2,4593 | 91,237 | 102,66 | 349,01 | 250,69 |
510 | 2,1325 | 2,862 | 102,35 | 78,892 | 191,98 | 383,71 |
540 | 1,92 | 2,8137 | 105,6 | 81,111 | 0 | 405,62 |
570 | 2,1325 | 2,4236 | 102,35 | 95,849 | -192 | 303,83 |
600 | 2,5735 | 2,0196 | 91,237 | 104,2 | -349 | 129,68 |
630 | 2,88 | 1,9458 | 77,437 | 105,26 | -413,1 | -65,3 |
660 | 2,7721 | 2,2719 | 84,887 | 99,58 | -349 | -250,7 |
690 | 2,2696 | 2,7078 | 111,48 | 86,086 | -192 | -383,7 |
720 | 1,92 | 2,8978 | 124,8 | 76,387 | 0 | -405,6 |
1.4 Силовой расчет механизма при , , и
Цель этого этапа исследования – определение реакций в кинематических парах механизма и величины действующего момента, приложенного к кривошипу механизма.
Определение движущей силы при помощи давления рабочего тела в цилиндре и диаметра поршня :
Таблица 1.4.1. Движущие силы и давления в цилиндрах
0 | 1,38 | 15607,43 | 0,03 | 339,292 |
30 | 2,64 | 29857,7 | 0,03 | 339,292 |
60 | 1,14 | 12893,1 | 0,02 | 227,33 |
90 | 0,54 | 6107,256 | 0 | 0 |
120 | 0,3 | 3392,92 | -0,01 | -112 |
150 | 0,21 | 2375,044 | -0,03 | -339,292 |
180 | 0,15 | 1696,46 | -0,03 | -339,292 |
210 | 0,03 | 339,292 | -0,03 | -339,292 |
240 | 0,03 | 339,292 | -0,02 | -227,33 |
270 | 0,03 | 339,292 | -0,01 | -112 |
300 | 0,03 | 339,292 | 0,03 | 339,292 |
330 | 0,03 | 339,292 | 0,04 | 451,26 |
360 | 0 | 0 | 0,13 | 1469,134 |
390 | 0 | 0 | 0,45 | 5089,38 |
420 | -0,03 | -339,292 | 1 | 11308,6 |
450 | -0,03 | -339,292 | 1,8 | 20357,52 |
480 | -0,03 | -339,292 | 2,14 | 24201,7 |
510 | -0,03 | -339,292 | 0,94 | 10630,02 |
540 | 0 | 0 | 0,46 | 5201,346 |
570 | 0,03 | 339,292 | 0,27 | 3053,628 |
600 | 0,03 | 339,292 | 0,19 | 2147,718 |
630 | 0,06 | 678,584 | 0,11 | 1245,202 |
660 | 0,27 | 3053,628 | 0,03 | 339,292 |
690 | 0,81 | 9160,884 | 0,03 | 339,292 |
720 | 1,38 | 15607,43 | 0,03 | 339,292 |
Используя построенный план ускорений, определим силы и моменты сил инерции, действующие на звенья механизма в процессе движения:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Определив направления сил и моментов сил инерции с помощью плана ускорений (силы инерции противоположно направлены ускорениям центров масс звеньев механизма, а моменты сил инерции противоположно направлены угловым ускорениям звеньев механизма), и перенеся их на схему механизма. Разобьем его на части согласно проведенному структурному анализу. Рассмотрим группу Ассура звенья 2–3. Запишем сумму моментов относительно точки :
Рисунок 1.4.1. Плечи сил
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
где: и – плечи силы тяжести и силы инерции , соответственно. – проекция момента на ось z, направление которой к нам перпендикулярно плоскости чертежа.
Запишем уравнение суммы сил:
В уравнении (1.4.4) неизвестны по модулю силы и , так как в уравнении два неизвестных, то можно построить план сил, откуда и определим неизвестные силы.
Для каждого положения выбрано масштаб плана сил :
Тогда отрезки соответствующие известным силам будут равны:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Построив план сил, определяем:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Рассмотрим звено 3, записав уравнение суммы сил, определим реакцию используя ранее построенный план сил:
Из плана сил определяем:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Рассмотрим группу Ассура звенья 4–5. Запишем сумму моментов относительно точки :
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
где: и – плечи силы тяжести и силы инерции , соответственно.
– проекция момента на ось z, направление которой к нам перпендикулярно плоскости чертежа.
Запишем уравнение суммы сил:
В уравнении (1.37) неизвестны по модулю силы и , так как в уравнении два неизвестных, то можно построить план сил, откуда и определим силы и .
Для каждого положения выбрано масштаб плана сил :
Тогда отрезки соответствующие известным силам будут равны:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Построив план сил, определяем:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Рассмотрим звено 5, записав уравнение суммы сил, определим реакцию , используя ранее построенный план сил:
Из плана сил определяем:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Рассмотрим основной механизм первое звено.
Составим сумму моментов относительно точки О, учитывая,
что и :
Рисунок 1.4.2. Плечи сил
При этом плечи будут равны:
положение 5:
При этом плечи будут равны:
положение 21:
При этом плечи будут равны:
положение 24:
При этом плечи будут равны:
Для нахождения реакции составим уравнение суммы сил действующих на основной механизм:
Для построения каждого плана сил выберано масштабный коэффициент:
Тогда отрезки соответствующие силам и будут равны:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
Из плана находим:
положение 2:
положение 5:
положение 21:
положение 24:
... 24 0,00 0,00 14,10 14,10 9,30 9,30 58,02 58,02 2.4 Исследование механизма методом кинематических диаграмм Исследование механизмов методом диаграмм производится с целями: 1. Получения наглядного представления о законе движения интересующей нас точки или звена механизма. 2. Определения скоростей и ускорений точек или звеньев на основе известного закона перемещений точек или ...
... двигателя и улучшения его показателей в соответствии с уровнем развития техники. ЛИТЕРТУРА 1. Б.Е.Железко, В.М.Адамов, И.К.Русецкий, Г.Я.Якубенко / Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (Дипломное проектирование): Учебное пособие для вузов / Мн.:"Высшая школа", 1987 г. 2. А.И.Колчин, В.П.Демидов / Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебник для ВУЗов / ...
... электроэнергии, воды, местные вентиляционные отсосы, нахождения аптечки и средств пожаротушения. 6. Конструкторская разработка 6.1 Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания Приработка и испытания двигателей внутреннего сгорания производятся на обкаточно-тормозных стендах переменного тока, включающих устройство для вращения ...
... и точки расширения соединяем плавными кривыми. После этого достраиваем процессы газообмена. Полученная индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания дизеля MAN изображена на рисунке 14.1. Рисунок 14.1 - Индикаторная диаграмма ДВС MAN. Выводы Результаты расчетов и общепринятые границы изменения расчетных параметров сводим в таблицу. Таблица - Результаты расчетов. НАЗВАНИЕ ...
0 комментариев