145 (Проектирование и исследование механизмов двигателя с гидромеханической трансмиссией (145А))

Посмотреть архив целиком

45


Факультет «Робототехники и комплексной автоматизации»

Кафедра «Теории механизмов и машин»







РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА




ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:


«Проектирование и исследование механизмов двигателя с гидромеханической трансмиссией»







Студент ________________________(Сальников С.В.)

Группа СМ9-52.

Руководитель проекта ____________(Плужников Б.И.)






Москва, 2007 г.

Реферат.


В данной работе производится исследование работы механизмов автомобиля с гидромеханической трансмиссией. Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и четырех графических листов.

На первом листе определяется скорость движения автомобиля, при заданных условиях движения.

На втором листе определяются реакции, действующие в кинематических парах кривошипно-ползунного механизма двигателя.

На третьем листе проектируется зубчатая пара масляного насоса и производится подбор чисел зубьев планетарного механизма.

На четвёртом листе проектируется кулачковый механизм привода клапанов двигателя.

К расчётно-пояснительной записке в приложении прилагаются результаты расчётов, выполненных на ЭВМ.



















Содержание.


Реферат...........................................................................................................2

Содержание....................................................................................................3

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

1.1.Описание машины………………………………………...……...5

1.2.Исходные данные…………………………………...……………8

2.Определение скорости автомобиля при постоянном сопротивлении движению……………………………………………………...…….….....12

2.1.Определение линейных размеров кривошипно-ползунного механизма............................................................................................14

2.2.Определение кинематических передаточных функций и отношений...........................................................................................15

2.3.Определение движущего момента..............................................16

2.4.Определение моментов на насосном и турбинном колёсах.....18

2.5.Определение угловой скорости начального звена....................19

2.6.Определение скорости движения автомобиля...........................21

3.Силовой расчет основного механизма....................................................23

3.1.Аналитический расчет усилий в кинематических парах..........23

3.2.Проверка расчетов графоаналитическим способом..................24

3.2.1.Определение скоростей точек и звеньев.........................24

3.2.2.Определение ускорений точек и звеньев........................26

3.2.3.Определение главных векторов и главных моментов сил инерции.......................................................................................27

3.2.4.Определение статических и движущих сил……….…..27

3.2.5.Определение реакций в кинематических парах.............28

3.3 Сравнение результатов................................................................32

4.Расчёт зубчатой передачи и планетарной коробки передач................33

4.1.Расчёт цилиндрической зубчатой передачи масляного насоса..................................................................................................33

4.1.1.Выбор коэффициентов смещения..................................33

4.1.2.Станочное зацепление.....................................................35

4.1.3.Зубчатая передача............................................................36

4.2 Подбор чисел зубьев колес планетарной коробки передач….37

5. Проектирование кулачкового механизма.............................................40

5.1 Определение кинематических передаточных функций….......40

5.2 Определение основных размеров кулачкового механизма......41

5.3 Построение конструктивного профиля......................................43

5.4 Проверка выполнения ограничения по допустимому углу давления…………………………………………………………………...44

Заключение..................................................................................................45

Литература...................................................................................................46








1. Техническое задание.

1.1 Описание машины

Легковой автомобиль среднего класса оснащен четырехтактным четырехцилиндровым бензиновым двигателем (ДВС) (рис. 1.1) и гидромеханической передачей (ГМП), которая состоит из гидродинамического трансформатора (ГДТ) крутящего момента и планетарной коробки передач (ПКП). Крутящий момент от ГМП к колесам (К) передается с помощью карданного вала (KB) через глав­ную передачу (ГП) и дифференциал Д.

Основной механизм двигателя состоит из четырех одинаковых кривошипно-ползунных механизмов, расположенных под углом 20° к вертикали на одном коленчатом валу со сдвигом в 180° (рис. 1.2), где 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - клапан; 5 - коро­мысло; 6 - кулачок; 7 - цепная передача. Рабочий цикл в каждом цилиндре двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и характеризуется индикаторной диаграммой, данные для построения которой приведены в табл. 1.1. Порядок чередования процессов в цилиндрах двигателя представлен в таблице 1.2.

Управление процессом газораспределения осуществляется кла­панами, приводимыми в движение кулачками на распределительном валу, кинематически связанном с коленчатым валом через цепную передачу (см. рис. 1.2). Движение от кулачка на клапан передает­ся посредством качающегося толкателя (коромысла) (рис. 1.3). Закон измене­ния ускорения клапана соответствует графику на рисунке 1.4.

Система смазки двигателя принудительная. Давление в ней соз­дается с помощью шестеренчатого насоса, приводимого от коленча­того вала (на рисунке 1.1 не показан). Гидродинамический трансфор­матор состоит из насосного колеса Н (см. рис. 1.1, а), жестко соеди­ненного с маховиком двигателя М, и турбинного колеса Т, закреп­ленного на входном валу планетарной коробки передач. Полость гидротрансформатора заполнена специальной жидкостью, которая разгоняется лопатками насосного колеса и направляется на лопатки турбинного колеса. При этом происходит увеличение крутящего момента, которое отображается безразмерной характеристикой коэффициента трансформации K = Mт/MH в зависимости от передаточного отношения UГДТ = T/H (рис. 1.5).

При проектировании следует считать известными параметры, приведенные в таблице 1.3.

Задание на проектирование:

1. Определить скорость автомобиля на установившемся режиме при постоянном сопротивлении движению.

2. Провести силовой анализ кривошипно-ползунного механиз­ма двигателя за цикл.

3. Спроектировать зубчатую пару масляного насоса двигателя и подобрать числа зубьев z3, z4, z5 планетарного ряда в ПКП (U(3) = 1,5, модуль колес принять т = 1 мм).

4. Спроектировать кулачковый механизм привода клапанов двигателя при условии получения минимальных габаритов.

Примечания:

а) наличие в трансмиссии ГДТ, в котором передача крутящего момента осуществляется посредством жидкости, не позволяет использовать одномассовую динамическую модель;

б) крутящий момент на насосном колесе за цикл работы двигателя можно считать постоянным.

Таблица 1.1

Положение

Поршня

S/H

0

0.025

0.05

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Расширение

0,69

1,0


0,59

0,328

0,214

0,148

0,1

0,079

0,069

0,062

0,043

0,04

Выпуск

0.013

Всасывание

-0.013

Сжатие

0,626


0,36

0,26

0,13

0,061

0,024

0,013

0,009

- 0,002

- 0,008

-0,01

-0,013

Данные для построения индикаторной диаграммы.


Таблица 1.2

Чередование процессов в цилиндрах двигателя.

Угол поворота коленчатого вала, град.

1-й цилиндр

2-й цилиндр

3-й цилиндр

4-й цилиндр

0-180

Расширение

Сжатие

Выпуск

Всасывание

180-360

Выпуск

Расширение

Всасывание

Сжатие

360-540

Всасывание

Выпуск

Сжатие

Расширение

540-720

Сжатие

Всасывание

Расширение

Выпуск

Рис. 1.1 Схема механизмов автомобиля с гидромеханической трансмиссией.



Рис 1.2 Схема основного механизма двигателя и механизма газораспределения.

Рис 1.3 Схема управления подъёмом клапана.



Рис 1.4 Закон изменения ускорения клапана.




Рис 1.5 Закон изменения коэффициента трансформации.


1.2 Исходные данные

В таблице 1.3 приведены все исходные данные необходимые для выполнения курсового проектирования.

Таблица 1.3

Исходные данные для проектирования.

п/п

Величина

Единица измерения

значение

1

Средняя скорость поршня VCcp

м/с

13,5

2

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

-


3,8

3

Отношение расстояния от точки В до центра масс шатуна к длине шатуна

-

0,26

4

Диаметр цилиндра d

м

0,082

5

Частота вращения коленчатого вала при номинальной нагрузке 1

1/с

607

6

Максимальное давление в цилиндре на заданном режиме движения pmax

МПа

1,64

7

Масса шатуна m2

кг

0,8

8

Масса поршня m3

кг

0,75

9

Момент инерции коленчатого вала, маховика и насосного колеса с частью жидкости I1

кгм2

0,127

10

Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через ц. м. шатуна I2S

кгм2

0,0075

11

Передаточное отношение ПКП UПКП

-

2,5

12

Передаточное отношение главной передачи UГП

-

4,22

13

Радиус колеса автомобиля rк

м

0,293


Окончание Таблицы 1.3


14

Суммарная сила сопротивления движению автомобиля, приложенная к ведущим колёсам, Рсопр

Н

2000

15

Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала на заданном режиме движения

-

0,05

16

Угловая координата кривошипа для силового расчёта

град

30

17

Высота подъёма клапана h

м

0,009

18

Координаты взаимного расположения распределительного вала и коромысел клапанов:

a

b




м

м




0,036

0,025

19

Отношение длин плеч коромысла с1/с2

-

1

20

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме доп.

град

30

21

Соотношения между ускорениями толкателя

-

3,0

22

Числа зубьев колёс масляного насоса z1 = z2

-

10

23

Угол наклона линии зуба

град

10

24

Модуль m колёс z1, z2

мм

3,0

25

Рабочий угол профиля кулачка

град

120

26

Радиус сферической части коромысла клапана RE

м

0,01

27

Число сателлитов в планетарной коробке передач k

-

3




2. Определение скорости автомобиля при постоянном сопротивлении движению.

Задачей первой части курсового проектирования является нахождение скорости движения автомобиля при заданных параметрах движения.

Передача момента от двигателя производится по средством гидромеханической передачи, в которой используется жидкость, связывающая насосное и турбинное колёса. Таким образом, отсутствует жесткая связь между ними и, следовательно, нельзя использовать одномассовую динамическую модель. Поэтому используется двухмассовая модель. Механизм описывается системой уравнений:

Безразмерная характеристика коэффициента трансформации K позволяет связать эти два уравнения и рассматривать только одно из них. Для определения скорости автомобиля необходимо определить угловую скорость на турбинном колесе. Следовательно, для использования коэффициента трансформации необходимо определить оставшиеся три параметра из четырёх, между которыми он устанавливает зависимость: моменты на насосном и турбинном колёсах ГДТ, а также угловую скорость на насосном колесе. Так как рассматриваемый промежуток времени мал и используемая в механизме жидкость не передаёт резких изменений момента и угловой скорости, то режим движения автомобиля можно условно считать установившимся. Тогда можно считать постоянной скорость на турбинном колесе, следовательно, из второго уравнения можно заключить, что момент на турбинном колесе равен моменту сопротивления, который находят через суммарную силу сопротивления, являющейся характеристикой условий движения. Момент на насосном колесе за цикл работы двигателя также можно считать постоянным. Его можно найти из условия равенства работ приведённого движущего момента и момента на насосном колесе. Это условие можно получить, если представить первое уравнение в интегральной форме и учесть установившийся характер движения. Из того же представления можно получить зависимость угловой скорости от суммарной работы движущих сил и сил сопротивления и от приведенного момента инерции. Приведение сил и моментов инерции производится посредством передаточных функций и отношений, для определения которых необходимы линейные размеры кривошипно-ползунного механизма рассматриваемого двигателя.






2.1 Определение линейных размеров кривошипно-ползунного механизма.

Исходные данные:

  1. средняя скорость поршня

  2. номинальная скорость вращения кривошипа

  3. относительная длина шатуна

  4. относительное положение центра масс

Время одного оборота кривошипа равно:

Ход поршня:

Средняя скорость поршня и его перемещение связаны следующим соотношением:

Следовательно, искомые размеры равны:

длина кривошипа

длина шатуна

расстояние от точки B до центра масс S2

На листе строится схема механизма, повёрнутая для удобства на до вертикального положения, в масштабе . Угол поворота начального звена 1 разбиваем на 12 интервал по . Отсчет угла поворота осуществляется от верхней мертвой точки по часовой стрелке.



2.2 Определение кинематических передаточных функций и отношений.

Для определения передаточных функций, передаточных отношений, момента инерции поршня, шатуна, суммарного момента инерции одного цилиндра, а также всех цилиндров воспользуемся специальной программой AR2U [1].

Используя результат расчета программы, строятся графики изменения кинематических передаточных функций .

Графики строятся в масштабах , где 120 мм – выбранная база графика, соответствующая углу поворота звена 1 на радиан; , . Численные значения приведены в приложении 1.

График суммарного момента инерции второй группы звеньев . Все остальные графики моментов инерции построены в масштабе . Численные значения приведённых моментов инерции приведены в приложении 1.


2.3 Определение движущего момента.

При определении движущего момента пренебрегают силами тяжести, как сравнительно малыми, поэтому движущий момент определяется как произведение движущей силы, действующей на поршень, и передаточной функции