Расчет машинного агрегата для получения электрической энергии с помощью генератора (124192)

Посмотреть архив целиком

1. Устройство и принцип работы машинного агрегата


Машинный агрегат образован последовательным соединением двигателя внутреннего сгорания (ДВС) I, передаточного механизма II и генератора электрического тока III (см. рисунок 1). Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания служит для преобразования потенциальной энергии продуктов сгорания в механическую работу вращательного движения, которая преобразуется в генераторе в электрическую энергию. Так как угловая скорость вращения ДВС не равна угловой скорости вращения ротора генератора, то между ДВС и генератором установлен передаточный механизм, в виде планетарного зубчатого редуктора.


Рисунок 1 – Схема машинного агрегата


Двигатель внутреннего сгорания (см. рисунок 2) включает кривошипно-ползунный механизм (КПМ) и механизм газораспределения (МГ).

КПМ состоит из кривошипа (коленчатого вала) 1, шатуна 2, ползуна (поршня) 3 и стойки (корпуса) 0. Силой, вызывающей движение поршня является сила давления расширяющихся газов. Механизм газораспределения обеспечивает наполнение рабочих цилиндров свежим зарядом и очистку их от отработанных газов. Основными элементами механизма газораспределения являются впускные и выпускные клапаны 4 и распределительные валы 5 с кулачками 6. Движение к клапану передается через толкатель 7, штангу 8 и коромысло 9. Кулачок взаимодействует с толкателем по средствам ролика, установленного в нижней части толкателя. Движение к распределительному валу 5 от кривошипа 1 может передаваться цепной передачей или набором цилиндрических зубчатых колес.


Рисунок 2 – Схема двигателя внутреннего сгорания



2. Структурный анализ механизмов


2.1 Общие сведения


Выполнение структурного анализа агрегата проводится в следующей последовательности:

1. Разбивка машинного агрегата на простые механизмы, установка их вида и наименования;

2. Определение количества звеньев в механизме, характера их относительного движения, названия звеньев. Выделение входных (ведущих) и выходных (ведомых) звеньев, их нумерация;

3. Определение вида и класса кинематических пар механизма, обозначение и классификация, определение количества пар каждого класса. Вращательные пары, образованные подвижными и неподвижными звеньями обозначают «О» с индексом подвижного звена; образованные подвижными звеньями – первыми буквами латинского алфавита;

4. Расчет числа степеней свободы механизма.


W=3(n-1)-2p5-1p4, (1)


где W-степень подвижности механизма;

n-число звеньев механизма, включая стойку;

p4, p5 –число кинематических пар 4-го и 5-го класса.


Степень подвижности механизма определяет количество звеньев, которым необходимо задать движение, чтобы все остальные звенья двигались по вполне определенным законам.



2.2 Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма


КПМ-плоский, четырехзвенный механизм (n=4): звено 0-стойка; 1-кривошип, совершающий вращательное движение; 2-шатун, совершающий сложное плоскопараллельное движение;3-ползун, совершающий возвратно-поступательное движение (см. рисунок 3).


Рисунок 3 – Структурная схема кривошипно-ползунного механизма


Звенья механизма соединены между собой четырьмя кинематическими парами 5 класса. Характеристика кинематических пар кривошипно-ползунного механизма приведена в таблице 1.


Таблица 1 - Характеристика кинематических пар КПМ

Обозначение

Наименование

Звенья

Класс

Характеристика

О1

Вращательная

Кривошип 1- стойка 0

5

Плоская, низшая

А

Вращательная

Кривошип 1- шатун 2

5

Плоская, низшая

В

Вращательная

Шатун 2 – ползун 3

5

Плоская, низшая

В0

Поступательная

Ползун 3 – стойка 0

5

Плоская, низшая


Определяем степень подвижности механизма по формуле 1, где n=4, p4=0, p5=4


W=3(4-1)-24-0=1


Это значит, что в механизме должно быть одно начальное (ведущее) звено- кривошип 1.

При исследовании КПМ выделяем из механизма структурные группы (группы Ассура) и начальный механизм. Группа Ассура – простейшая кинематическая цепь с парами 5-го класса, присоединенная свободными элементами звеньев к стойке и имеющая нулевую степень подвижности. Группа Ассура состоит только из четного числа звеньев. Для плоских механизмов с низшими парами формула групп Ассура имеет вид:


W=3n-2p5, (2)


Для кривошипно-ползунного механизма:


W=32-23=0


Начальный механизм состоит из кривошипа 1, присоединенного к стойке кинематической парой О1. Степень подвижности начального механизма:


W=3(2-1)-21=1


Кривошипно-ползунный механизм является механизмом 2-го класса 2-го порядка.


2.3 Структурный анализ кулачкового механизма


Трехзвенный кулачковый механизм состоит из стойки 0, кулачка 1, толкателя 2, ролика 2 (см. рисунок 4). Кулачок совершает равномерное вращательное движение с угловой скоростью ωк, толкатель совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение со скоростью vА.


Рисунок 4 – Структурная схема кулачкового механизма


Классификация кинематических пар кулачкового механизма приведена в таблице 2.


Таблица 2 - Классификация кинематических пар

Обозначение

Наименование

Звенья

Класс кинематической пары

О1

Вращательная

Кулачок 1- стойка 0

5

А

Кулачковая

Кулачок 1- толкатель 2

4

А

Вращательная

(пассивная)

Ролик 2- толкатель 2

5

В

Поступательная

Толкатель 2- стойка 0

5


По формуле 1 определяем степень свободы кулачкового механизма:

где n=3;

p4=1;

p5=2.


W=3(3-1)-22-11=1



Для привода кулачкового механизма достаточно одного источника движения.



3. Кинематический анализ и синтез механизмов


Кинематический синтез механизмов сводится к определению основных размеров звеньев по структурным схемам и закономерностям движения. По полученным размерам строятся кинематические схемы механизмов.

Кинематический анализ механизмов сводится к решению следующих задач:

- разметка траектории движения всех звеньев механизма, позволяющая рационально спроектировать корпусные детали механизма;

- определение скоростей характерных точек механизма в различных его положениях, сто позволяет найти кинетическую энергию всех подвижных звеньев механизма;

- определение ускорений характерных точек механизма для последующего нахождения силы инерции звеньев.

Результаты аналитического анализа используют при динамическом исследовании агрегата.


3.1 Кривошипно-ползунный механизм


3.1.1 Кинематический синтез центрального кривошипно-ползунного механизма

Определяем ход поршня, h0,, м:


h0=, (3)


где vср – средняя скорость движения поршня, м/с;

n1 – частота вращения коленчатого вала, об/мин.


h0=м

Определяем радиус кривошипа, r, м:


r=h0/2, (4)

r=0,128/2=0,064 м


Определяем длину шатуна, l, м:


l=r/ λ, (5)

l=0,064х4,8=0,307 м


По известным размерам звеньев вычерчиваем кинематическую схему КПМ.


Определяем масштабный коэффициент длин, μl, м/мм:


μl=, (6)


где rист – истинное значение радиуса кривошипа, м;

О1А – отрезок на чертеже, отображающий ход поршня, мм.


μl= м/мм


3.1.2 Анализ кривошипно-ползунного механизма

3.1.2.1 Графический метод планов

Угол поворота кривошипа О1Аi разбиваем на 12 частей. За начало отсчета принимаем положение кривошипа и шатуна, соответствующее нижней мертвой точке ползуна. Из точек Аi циркулем отмеряем расстояние равное длине шатуна АВ в масштабе и на линии движения ползуна делаем засечки. Соединив точки Аi с соответствующими точками Вi,, получаем промежуточные положения шатуна.

Определяем положение ползуна в соответствующих точках, SBi, м:


SBi=, (7)


где SBi – положение ползуна на чертеже:


SB1=7 мм, SB2=28 мм, SB3=56 мм, SB4=91 мм, SB5=117 мм, SB6=128 мм.

SB1=7х10-3=0,007 м

SB2=0,028 м, SB3=0,056 м, SB4=0,91 м, SB5=0.117 м, SB6=0,128 м


На плане положений отмечаем точку S1, соответствующую положению центра тяжести кривошипа из соотношения ; точку S2,- центр тяжести шатуна из соотношения .

Для двенадцати положений КПМ необходимо построить совмещенные планы скоростей и ускорений.


Случайные файлы

Файл
71518.rtf
124341.rtf
41350.rtf
92924.rtf
58695.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.