47




Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Факультет «Робототехники и комплексной автоматизации»

Кафедра «Теории механизмов и машин»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту “Проектирование и исследование механизмов движения гусеничной машины”.

Студент ССССС __________ ( Синицын А.С. ) группа СМ9 - 52

Руководитель проекта __________ ( Плужников Б.И. )


2007

.



Техническое задание

Краткое описание работы механизмов установки

Объем и содержание курсового проекта

Исходные данные

Проектирование основного механизма двигателя и определение закона его движения

Проектирование механизма

Силы, действующие на звенья механизма

Построение графика силы

Построение планов возможных скоростей

Построение графиков приведенных моментов 8

Построение графика суммарного приведенного момента 9

Построение графика суммарной работы 10

Построение графиков приведенных моментов инерции

II группы звеньев 10

Построение графика полной кинетической энергии

всего механизма 11

Построение графика кинетической энергии II группы звеньев 11

Построение графика кинетической энергии I группы звеньев 11

Определение необходимого момента инерции маховых масс 12

Построение графика угловой скорости 12

Определение момента инерции дополнительной маховой массы 14

Выбор электродвигателя и построение механических

характеристик 15

Силовой расчет механизма 17

Построение плана скоростей 17

Построение плана ускорений 18

Силы и моменты сил, действующие на механизм 19

Аннотация


Курсовой проект содержит 4 листа формата А1 и расчетно-пояснительную записку в размере 48 листов формата А4. Расчетно-пояснительная записка содержит динамический расчет механизма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

На первом листе производится определение закона движения звена приведения, расчет дополнительной маховой массы. Строятся графики зависимости передаточных функций и отношений, работы, моментов инерции, движущего момента от значения обобщённой координаты .

На втором листе производится построение годографов сил, действующих в кинематических парах кривошипно-ползунного механизма двигателя. Осуществляется построение планов скоростей и ускорений, а также планов сил, необходимых для проверочного расчёта.

На третьем листе производятся выбор коэффициентов смещения для проектируемой зубчатой передачи, построение станочного зацепления, необходимого для построения профиля зуба. Строятся зубчатая передача и планетарный редуктор.

На четвёртом листе производится проектирование кулачкового механизма с внеосным движущимся поступательно толкателем. Строится фазовый портрет, определяются неизвестные параметры кулачка и толкателя, после чего выполняется построение профиля кулачка.



















СОДЕРЖАНИЕ стр.


Аннотация……………………………………………………………..….2

Содержание…………………………………………………………….....3

1. Техническое задание………………………………………………..…5

    1. Краткое описание работы механизма…………………………….…6

    2. Исходные данные …………………………………………………..7

2. Определение закона движения механизма 10

2.1. Определение размеров звеньев механизма 11

2.2 Аналитическое вычисление передаточных функций методом векторных контуров…………….……………………………….………12

2.3 Определение давлений и усилий в механизме …………….…….....15

2.4 Определение приведенных моментов от сил движущих, сопротивления и тяжести……………………………………………….18

2.5 Определение суммарного приведенного момента………………..19

2.6 Определение суммарной работы ……………………….…20

2.7 Определение приведенных моментов инерции

звеньев II группы………………………………………………………….21

2.8 Нахождение кинетической энергии II группы звеньев ........23

2.9 Определение кинетической энергии I группы звеньев…...24

2.10 Определение необходимого момента инерции маховых масс.…...25

2.11 Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика)………………………………………………………………….25

2.12 Определение угловой скорости начального звена…...…………….25


3. Силовой расчет основного механизма двигателя при номинальном режиме с учетом динамических нагрузок..............................................26

3.1 Определение реакций в кинематических парах при помощи ЭВМ ..27

3.2 Определение угловой скорости и углового ускорения в заданном положении ……………………………………….…………………………28

3.3. Построение планов ускорений………………………………………..28

3.4 Силовой расчет для первого цилиндра……………………………….29

3.5 Силовой расчет для четвертого цилиндра……………………………30

3.6 Силовой расчет для второго цилиндра………………………………..30

3.7 Силовой расчет для третьего цилиндра……………………………….31

3.8 Определение реакции в опоре коленчатого вала……………………..32

3.9 Вычисление погрешности сил сопротивления между первым и вторым листами проекта……………………………………..……………………33

3.10 Вычисление погрешности при расчете сил между аналитическими данными и данными, определенными графически……………………….33


4. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора…34

4.1 Выполнение геометрического расчета эвольвентной передачи……..34

4.2 Выбор коэффициента смещения реечного инструмента…………....................................................................................36

4.3 Построение профиля зуба колеса, изготовляемого реечным инструментом………………………………………………………………37

4.4 Построение проектируемой зубчатой передачи……………………..39

4.5 Проектирование планетарного зубчатого механизма с цилиндрическими колесами……………………………………….…………………………....40

5. Проектирование кулачкового механизма…………………………..43

5.1 Построение кинематических диаграмм…………….…………………43

5.3. Определение основных размеров кулачкового механизма……….45

5.4 Определение изменения угла давления…………………………..…………………………………………45

Заключение………………………………………………………………...47


Список использованной литературы…………………………………..48















1.Техническое задание

1.1. Краткое описание работы механизмов установки

Гусеничными машинами могут быть тракторы, снегоходы, самоходные артиллерийские установки, танки, автомобили, мотоциклы и т.д. при наличии у них гусеничного хода.

Рис 1.1 Общий вид гусеничной машины.


Гусеничный ход имеет: гусеницы 1, представляющие собой две бесконечные шарнирные цепи, которые взаимодействуют с грунтом и делают возможным движение машины по бездорожью; ведущие колеса 2, перемещающие корпус машины относительно гусениц; направляющие колеса 3, опорные 4 и поддерживающие 5 катки, служащие для направления и поддержания гусениц; подвески 6, соединяющие корпус машины с опорными катками.

Механизм движения гусеничной машины состоит из двигателя внутреннего сгорания 1, муфты сцепления 2, коробки передач 3, механизмов поворота 4 и бортовых передач 5. Гусеничная машины имеет четырехтактный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с вертикальным рядным расположением цилиндров.

Рис. 1.2.Схема расположения механизмов гусеничной машины


Различают два режима работы двигателя: холостой ход, когда муфта сцепления выключена, и рабочий процесс при номинальной нагрузке, когда муфта сцепления включена и соединяет двигатель с остальными механизмами машины. Рабочий цикл в каждом цилиндре двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и характеризуется индикаторными диаграммами, показывающими изменение давления газов в каждом цилиндре в зависимости от положения поршня при рабочем ходе и холостом ходе.

Данные для построения индикаторных диаграмм приведены в соответствующей таблице.

Основной механизм двигателя состоит из четырех кривошипно-ползунных механизмов, расположенных в параллельных плоскостях и приводимых в движение от одного коленчатого вала 1. Кривошипы механизмов I и IV совпадают по своему расположению, кривошипы механизмов II и III также совпадают, но по отношению к кривошипам механизмов I и IV повернуты на угол 180 градусов.


Рис. 1.3. Схема основного механизма двигателя и кулачкового механизма клапанов.























Таблица 1


Исходные данные:


Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Значение

Средняя скорость поршня

Vср.

м/с

8.00

Число оборотов коленчатого вала при номинальной нагрузке

n1ном

1/с

26.67

Число оборотов коленчатого вала на холостом ходу

n1хх

1/с

16.67

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

LAB/LOA

-

3.74

Отношение расстояния от точки А до центра тяжести шатуна к длине шатуна

LAS2 /LAB

-

0.28

Диаметр цилиндра

d

м

0.130

Максимальное давление в цилиндре при номинальной нагрузке

(pmax)ном

МПа

7

Максимальное давление в цилиндре двигателя на холостом ходу

(pmax)хх

МПа

5

Вес шатуна

G2

кг

3.56

Вес поршня

G3

кг

3.2

Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр тяжести

I2S

кГ·м2

0,018

Коэффициент неравномерности вращения вала I

-

1/30

Момент инерции вращающихся звеньев, приведённый к валу кривошипа

I вр пр

кГ·м2

0.035

Ход толкателя кулачкового механизма

h

м

0.013

Угловая координата кривошипа для силового расчёта (рис. 1.3)

1

град

90

Эффективная мощность двигателя при номинальной нагрузке

Ne ном

МВт

0.1398

Механический к.п.д. двигателя

η


-

0.76

Приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся деталей привода гусениц

I0пр

Кг*м^2

7.26

Число зубьев колёс 3 и 4

Z3

-

12

Z4

-

18

Передаточное отношение бортового редуктора

iобщ=i3-4*iпр

iобщ

-

12

Число сателлитов в планетарном редукторе

k


3

Модуль зубчатых колес 3 и 4

m

мм

5

Межосевое расстояние зубчатой передачи z3, z4

A

мм

77

Соотношение величин ускорений толкателя

=a1/a2

-

2

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

[θ]

град

30

Рабочий угол профиля кулачка впускного, выпускного клапанов

раб. раб

град

120

Параметры исходного контура реечного инструмента

0

град

20

ha*

-

1

c*

-

0,25







Таблица 1.2

Значения давления в цилиндре двигателя в долях максимального давления(p/(pmax)ном) в зависимости от положения поршня(SB/H) на холостом ходу.


Путь поршня

Всасывание

Сжатие

Расширение

Выхлоп

0

0.025

0.92

0.92

0.025

0.025

0

0.60

1.00

0.025

0.05

-0.025

0.40

0.90

0.025

0.1

-0.025

0.30

0.60

0.025

0.2

-0.025

0.13

0.36

0.025

0.3

-0.025

0.059

0.26

0.025

0.4

-0.025

0.032

0.18

0.025

0.5

-0.025

0.015

0.14

0.025

0.6

-0.025

0

0.104

0.025

0.7

-0.025

-0.004

0.090

0.025

0.8

-0.025

-0.008

0.065

0.025

0.9

-0.025

-0.016

0.052

0.025

1.0

-0.025

-0.025

0.044

0.044



2. Определение закона движения механизма.

Основной задачей данного раздела является определение маховой массы, необходимой для обеспечения заданным коэффициентом неравномерности вращения коленчатого вала двигателя.

Для этого воспользуемся методом приведения сил и масс, который позволяет заменить реальный механизм некоторой эквивалентной схемой – одномассовой динамической моделью механизма (см. рис. 2.1). Вращающееся звено динамической модели, называемое звеном приведения, движется так, что его координата совпадает в любой момент времени с координатой начального звена механизма (=). К звену модели приложен приведённый момент сил ,а момент инерции IM этого звена относительно оси вращения является суммарным приведённым моментом инерции механизма =IM . Уравнение движения механизма: .

Для решения уравнения движения механизма необходимо знать параметры динамической модели: суммарные момент инерции и сил. Для определения приведенных моментов инерции звеньев механизма необходимо вычислить кинематические передаточные функции звеньев.

Кинематические передаточные функции зависят только от размеров звеньев механизма. Поэтому они определяются в первую очередь.

2.1. Определение размеров звеньев механизма.

Проектирование кривошипно-ползунного механизма ведется по средней скорости поршня (ползуна):

Vср = 4*lOA*n1хх =>

Определим размеры кривошипа по формуле:

lOA = Vср/(4*n1хх) = 8/(4*16.67) = 0.075 м

где n1хх- частота вращения кривошипа на холостом ходу, заданная в с-1.

Длина шатуна:

lAB/lOA= 3.74 => lAB = 3.74*lOA = 4*0.075 = 0.2805 м

Расстояние от точки В шатуна до центра масс:

lAS2/lAB = 0.28 => lAS2 = 0.2805*0.28 = 0.0785 м

Определим масштаб, необходимый для построения механизма:

l = OA / lOA = 27.714 / 0.075 =359.62 мм/м =>

На листе масштабе μl вычерчивается схема механизма.

AB = lAB*l = 0.2805*359.62 = 103.56 мм,

AS2 = lAS2*l = 0.0785*359.62 = 28.8 мм.

Строим схему двигателя и определяем ход поршня, как разницу между нижней и верхней мертвыми точками:

HB = 2* lOA= 0.15 м




2.2. Аналитическое вычисление передаточных функций методом векторных контуров.

Составим векторный контур ОАВ:

Рис. 2.2. Векторный контур ОАВ

В координатной форме:

Из первого уравнения:

Подставляя во второе уравнение, получим:



Дифференцируя это выражение по t, получим скорость точки B:

Определим передаточную функцию VqB:


Составим векторный контур ОS2A:

Рис. 2.3. Векторный контур ОS2A

В координатной форме:

Передаточная функция VqS2:

Расчеты произведены с использованием Mathcad 14, программа расчетов прилагается. (См. приложение 3.)




Таблица 2.1

Значения передаточных функций и передаточных отношений механизма




















По полученным данным строятся графики зависимостей передаточных функций от угла поворота кривошипа в масштабах: = 19,1 мм/рад; u21 = 199,269мм/м ; vqB = 199,269мм/м; qs2 =473,73мм/м.










Рис. 2.4 Графики передаточных функций


2.3. Определение давлений и усилий в механизме.

Для определения давлений построим индикаторную диаграмму.

Зная значение хода поршня и максимального давления при холостом ходе, составим таблицу значений давления в цилиндре в зависимости от хода поршня.

(pmax)хх =5 МПа

Выберем масштаб для давления:

­р = 110.49/5 = 22 мм/МПа

На звенья механизма действуют следующие силы и моменты:

1. движущие силы FД или моменты МД, развиваемые двигателем. Сила считается движущей, если её работа за один период цикла положительна (даже в том случае, когда она знакопеременна);

2. силы FC или моменты МС полезного сопротивления – силы (моменты), возникновение которых предопределяется технологическим процессом рабочей машины. Работа этих сил (моментов) за один период цикла отрицательна;

3. силы тяжести Gi отдельных звеньев механизма.




Таблица2.2

Значения давления в цилиндре в зависимости от хода поршня

Путь поршня (SB/H)

Значение давления, МПа

Сжатие

Расширение

0

4.6

4.6

0.025

3

5

0.05

2

4.5

0.1

1.5

3

0.2

0.65

1.8

0.3

0.295

1.3

0.4

0.16

0.7

0.5

0.075

0.52

0.6

0

0.45

0.7

-0.02

0.325

0.8

-0.04

0.26

0.9

-0.08

0.22

1.0

-0.125

0.21


Рассмотрим построение графика силы F по ходу поршня SB.

Траекторию движения точки А кривошипа 1 разобьем на 12 равных частей и найдем соответствующие положения точки.

Для определения силы давления на поршень F необходимо умножить давление в цилиндре на площадь поршня.

Sп = (πdп2)/4 = (3.14*0.132)/4 = 0.013 м2

График усилий строим по индикаторной диаграмме, учитывая направление движения поршня и направление действия силы.

Fд = P*Sп




Таблица 2.3

Значение движущей силы

Путь поршня (SB/H)

Значение движущей силы, КН

Расширение

Сжатие

0

61.057

-61.057

0.025

66.366

-39.82

0.05

59.73

-26.546

0.1

39.82

-19.91

0.2

23.892

-8.628

0.3

17.255

-3.916

0.4

11.946

-2.124

0.5

9.291

-1

0.6

6.902

0

0.7

5.973

0.265

0.8

4.314

0.531

0.9

3.451

1.062

1.0

2.92

1.659


Выберем масштаб для графика усилий:

­f = 153.46 / 61 = 0.0016мм / Н

При вращении кривошипа по направлению угловой стрелки ω от позиции 0 к позиции 6 в цилиндре двигателя происходит процесс расширения, значит в этих позициях на диаграмме откладывается сила в положительном направлении. В позициях 6-12 происходит процесс сжатия, значит на диаграмме сила откладывается в отрицательном направлении.


2.4. Определение приведенных моментов от сил движущих, сопротивления и тяжести.

Примем следующие обозначения:

М­дпр - момент движущей силы

Мспр - момент сопротивления

МGпр - момент сил тяжести

Момент движущей силы в каждом положении механизма считаем по формуле:

М­дпр ­= Fд*(VB/w1)*соs (Fд^VB)­= Fд*VqB*соs (Fд^VqB

Так как в любом положении соs (Fд^VB) = 1, тогда М­дпр ­= Fд*Vqb

Значение Fд берем из таблицы 2.3, значение ­ VqB берем из таблицы 2.1

Моментом сил тяжести ввиду их малости пренебрегаем.

Таблица значений М­дпр в зависимости от положения механизма:

Таблица 2.4

Таблица значений М­дпр в зависимости от положения механизма















Выбираем масштаб по оси ординат графика :

Масштаб по оси абсцисс



Момент сопротивления определяем из условия, что при становившемся движении |Ас| = |Ад| за цикл, где |Ад| - работа движущей силы, равная площади Sд под кривой М­дпр ; |Аc| - работа сил сопротивления.



2.5. Определение суммарного приведенного момента.

Примем обозначение суммарного приведенного момента: М­пр. Значение суммарного приведенного момента ищем как алгебраическую сумму каждого из моментов, найденных ранее : М­пр = МД1цилинрапр + МД2цилинрапр + Мспр

Значения МД2цилинрапр получаем переносом графика МД1цилинрапр на 180 градусов. Используя данные таблицы 2.4, составим таблицу 2.5, в которой

отразим значения всех моментов, действующих в каждом цилиндре.

Таблица 2.5

Значения суммарного приведенного момента

φ1, °


М­пр, Н*м

0

0

30

2157

60

1301

90

546

120

-47

150

-867

180

0



2.6. Определение суммарной работы.

Суммарную работу получаем интегрированием приведенного суммарного момента.График суммарной работы А строим методом аналитического интегрирования графика суммарного приведенного момента ­ М­пр.



Составим таблицу 2.6 значений получившегося графика суммарной работы.

Таблица2.6

Значения суммарной работы





















Выберем масштаб для графика суммарной работы:

­A = 70 / 3830 = 0.0018 мм / Дж

2.7. Определение суммарного приведенного момента инерции II группы звеньев.

Суммарный приведенный момент инерции второй группы звеньев, включающей в себя шатун 2 и поршень 3, рассчитаем по следующей формуле: I2-3пр­ = Iпр3­ + I­пр2п + Iпр2­в .

Каждый из этих моментов инерции считаем по соответствующей формуле для каждого из цилиндров:

Iпр3 = m3*(VB/1)

пр2п = m2*(VS2/1)2­

Iпр2­в= I2S*(2/1)2.

Значения всех используемых передаточных функций и отношений берем из таблицы 2.1

Составим таблицы значений для каждого момента инерции:
















Таблица 2.7

Значения I­пр2п , Iпр3, Iпр2­в, : I2-3пр­




















Масштаб для графика момента инерции:

I = 222 / 0.04 = 555мм/(кг*м2)

Суммарный момент инерции найдем, сложив момент инерции 1,4 цилиндров и 2,3 цилиндров, причем момент инерции 2,3 цилиндров будет сдвинут относительно момента инерции 1,4 цилиндров на 180 градусов. Обозначим момент инерции второй группы звеньев для 1 и 4 цилиндров Ii а момент инерции для 2 и 3 цилиндров Ii+12 и сведем все в таблицу 2.8.



Таблица 2.8

Значения

















2.8. Нахождение ТII() кинетической энергии II группы звеньев.

Воспользуемся следующей формулой для определения кинетической энергии второй группы звеньев:

ТII() IпрII*21ср/2 .

Считая 1ср=соnst, получаем что график кинетической энергии пропорционален графику моментов инерции, тогда пересчитаем масштаб:


Случайные файлы

Файл
91417.rtf
43161.rtf
75602.rtf
179.doc
referat.doc