Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана




Факультет: Энергомашиностроение

Группа: Э7-51




Курсовой проект по основам проектирования машин.




Название проекта:


«Проектирование и исследование механизмов четырехтактного двигателя внутреннего сгорания»

(Задание №1-14Г)









Студент:

Консультант: Каганов Ю.Т.









МГТУ 2007г


Реферат

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту «Проектирование и исследование механизмов четырехтактного двигателя внутреннего сгорания» содержит 32 листа машинописного текста включающие 3 рисунка и 7 таблиц, так же имеется 5 листов приложения. К записке прилагается 4 листа формата А1 на которых произведены графические построения с соответствии с данными указанными в записке.

В записке описаны следующие этапы проектирования:

  1. Проектирование основного механизма двигателя и определение его закона движения.

  2. Силовой расчет основного механизма двигателя с учетом динамических нагрузок.

  3. Проектирование зубчатой передачи и планетарного механизма.

  4. Проектирование кулачкового механизма впускного клапана.


































Содержание:

Техническое задание. 5

Краткое описание работы механизмов двигателя 5

Исходные данные. 7

  1. Проектирование основного механизма двигателя и определение его закона движения. 8

    1. Определение основных размеров механизма по заданным условиям. 8

    2. Выбор масштаба и построение механизма. 8

    3. Построение индикаторной диаграммы графика сил. 8

    4. Определение кинематических параметров механизма. 8

    5. Построение графика приведенных моментов инерции второй группы звеньев. 9

    6. Построение графика приведенных моментов движущих сил. 11

    7. Построение графика работы. 11

    8. Построение графика кинетической энергии первой группы звеньев. 12

  2. Силовой расчет механизма. 15

    1. Исходные данные для силового расчета. 15

    2. Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев механизма. 15

    3. Определение ускорений точек и угловых ускорений звеньев механизма. 16

    4. Определение главных векторов и главных моментов сил инерции 16

    5. Определение сил в кинематических парах механизма 17

  3. Проектирование зубчатой передачи и планетарного механизма. 19

    1. Проектирование зубчатой передачи. 19

      1. Исходные данные. 19

      2. Выбора коэффициентов смещения. 19

      3. Геометрический расчет эвольвентной зубчатой передачи. 20

      4. Построение станочного зацепления. 21

      5. Построение зубчатой передачи. 22

    2. Проектирование двухрядного планетарного редуктора внутреннего зацепления. 23

      1. Исходные данные. 23

      2. Выбор числа зубьев колес планетарного редуктора. 23

  4. Проектирование кулачкового механизма впускного клапана. 26

    1. Исходные данные. 26

    2. Построение кинематических диаграмм. 26

    3. Определение начального радиуса кулачка с учетом допустимого угла давления. 27

    4. Построение профиля кулачка. 27

    5. Построение диаграммы угла давления. 28

Приложение 29

Приложение 1: Программа расчета кинематических параметров механизма и приведенных моментов инерции звеньев механизма. 29

Приложение 2: Таблица идентификаторов программы ZUB.EXE и результаты расчета. 31

Заключение 34

Список литературы 35





































ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ



ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.


Краткое описание работы механизмов двигателя

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания служит в качестве привода электрогенератора. Основной механизм двигателя - кривошипно-ползунный, состоящий из трех подвижных звеньев: 1—коленчатый вал, 2—шатун, 3 - поршень. Вал электрогенератора связан с коленчатым валом. Цикл работы четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала.

Кулачковые механизмы предназначены для открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов. Ку­лачки 4, 41 - дисковые, вращающиеся, закреплены на рас­пределительном валу (N), кинематически связанном с ко­ленчатым валом зубчатыми передачами 6—7 и 6'— 7' (число оборотов распределительного вала в два раза меньше числа оборотов коленчатого вала). Толкатели 5, 5' - роликовые, поступательно движущиеся, с внеосностью е. Закон измене­ния ускорения толкателя изображен на рисунке.




















Индикаторная диаграмма двигателя

Фазы индикаторной диаграммы

1-6 Всасывание

6-12 Сжатие

12-18 Расширение

18-24 Выхлоп


Значения давления в цилиндре двигателя в долях максимального давления

в зависимости от положения поршня


Путь поршня (в долях хода)

0

0.05

0.0665

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Всасывание


0



-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01


-0,01

-0,01


-0,01

Сжатие


0,46


0,31


0,28


0,245


0,17


0,104


0,066


0,038


0,02


0,01


0,01


0


-0,01

Расширение


0,46


0,9


1


0,85


0,56


0,4


0,31


0,245


0,2


0,16


0,12


0,097


0,047

Выхлоп


0


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,01


0,047

Закон изменения ускорения толкателя кулачкового механизма.



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ


параметр

обозначение

Значение в системе МКГСС

Значение в системе СИ

Средняя скорость поршня

Vср.

3,7 м/с

3,7 м/с

Число оборотов коленчатого вала

n1

700 об/мин

11,67 1/с

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

LAB/LOA

4

4

Положение ц. т. звена 2 и 2

LAS2 /LAB

0,38

0,38

Диаметр цилиндра

d

0,15 м

0,15 м

Максимальное давление в цилиндре

Pmax

30 кГ/см2

2,943М Па

Вес шатуна

G2

11 кГ

107.91Н

Вес поршня.

G3

18 кГ

176,58Н

Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его ц. т.

0,041 кГ·м·с2

0,402 кг*м2

Коэффициент неравномерности вращения вала I

1/100

1/100

Момент инерции вращающихся деталей, приведённый к валу кривошипа

0,5 кГ·м·с2

4,905 кг*м2

Закон изменения ускорения толкателя (рис. 14-3)

-

Б

Б

Величина подъёма толкателя впускного клапана

h

0,007 м

0,007 м

Угловая координата кривошипа для силового расчёта

60 град

60 град

Число зубьев колёс 6 и 7

Z6

13

13

Z7

26

26

Модуль колес 6 и 7

m

5 мм

5 мм

Угол наклона зубьев

15 град

15 град

Угол поворота кулачка, соответствующий дальнему стоянию толкателя

5 град

5 град

Внеосность толкателя кулачкового механизма

e

0,004 м

0,004 м

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

[υ]

30 град

30 град

Рабочий угол профиля кулачка впускного клапана

125 град

125 град

Параметры исходного контура реечного инструмента

a

20 град

20 град

ha*

1

1

c*

0,25

0,25











1. Проектирование основного механизма двигателя и определение его закона движения.


    1. Определение основных размеров механизма по заданным условиям.


Размеры определим из следующих соображений:

Где S путь за время t, которое в свою очередь равно:

Очевидно что за один оборот поршень пройдет путь равный четырем длинам кривошипа:

Подставляя последние два выражения в первое и выражая длину кривошипа, получаем:

Тогда из заданных соотношений: и


    1. Выбор масштаба и построение механизма.


Пусть на чертеже

Тогда масштаб определим по формуле:

Тогда остальные звенья на чертеже будут иметь размеры:

    1. Построение индикаторной диаграммы и графика сил.


Ход поршня равен:

Для построения диаграммы сил на основе индикаторной диаграммы определим ее масштаб по оси ординат из формулы:

Где площадь поршня, определяемая из соотношения :

Тогда:

При построении графика сил считается, что сила отрицательна, если она направлена против движения поршня.

    1. Определение кинематических параметров механизма.

Для определения кинематических параметров механизма воспользуемся средой MathCAD.

В приложении 1.1 приведена программа расчета кинематических параметров. Результаты расчета сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Позиция

0,12

1

2

3

4

5

6

0,360

30

60

90

120

150

180

Vqb

0

0,048

0,077

0,079

0,06

0,031

0

Vqs2,м

0,049

0,06

0,076

0,079

0,07

0,056

0,049

U12

-0,25

-0,218

-0,128

0

0,128

0,218

0,25


Таблица 1.1 Продолжение

Позиция

7

8

9

10

11

210

240

270

300

330

Vqb,м

-0,031

-0,06

-0,079

-0,077

-0,048

Vqs2,м

0,056

0,07

0,079

0,076

0,06

U12

0,218

0,128

0

-0,128

-0,218



При построении графиков передаточных функций, зададимся базой графика

Тогда масштаб графика по оси абсцисс, соответствующей углу поворота кривошипа, определим по формуле:

Пусть ордината максимального значения передаточной функции точки B равна 50мм, тогда масштаб по оси ординат: Воспользуемся таким же масштабом для графика передаточной функции для точки S2;

По аналогичным соображениям:

    1. Построение графиков приведенных моментов инерции второй группы звеньев.


Для каждого положения вычисляем приведенные моменты инерции второй группы звеньев по формулам: