14-Г (05 Описание основных этапов проектирования машины_1(мой вариант))

Посмотреть архив целиком

  • Определение закона движения механизма.


    1.1 Проектирование механизма по заданным условиям. Постановка задачи:

    Для заданного механизма двигателя внутреннего сгорания при известных размерах, массах, моментах инерции и моменте сопротивления, при заданном законе изменения давления в цилиндре определить закон движения механизма и время работы. Режим установившийся.

    Целью проектирования является создание (синтез) кинематической схемы механизма, которая обеспечит требуемый закон изменения кинематических параметров при минимальных размерах механизма.


      1. Синтез основного механизма.


        1. Исходные данные:

    Отношение длины шатуна к длине кривошипа

    lАВ /lOА=4;

    Отношение расстояния от точки А

    до центра тяжести шатуна к длине шатуна

    lАS 2 /lАB=0.38;

    Диаметр цилиндра

    d=0.15 [м];

    Частота вращения коленчатого

    вала при установившемся режиме

    n1=11.66 [1/с];

    Средняя скорость поршня при установившемся режиме

    (vв)ср=3.7[м/с];

    Максимальное давление в цилиндре двигателя

    Pmax=30*105 [Па]


        1. Определение размеров механизма


    Проектирование по средней скорости ползуна (поршня).

    Кривошипно-ползунный механизм проектируется по средней скорости поршня. Так как время одного оборота вала равно 1/n, то средняя скорость ползуна

    (vв)ср.=4* n1* lOА ,

    где (vв)ср ,[м/с] средняя скорость поршня;

    n1,[об/с] –частота вращения кривошипа;

    lOА,[м] – длина кривошипа;

    тогда lOА=(vв)ср/(4* n1)=3,7/(4*11,66)=0,07933 [м];

    Т.к. lАВ /lOА=4,

    где lАВ ,[м] длина шатуна;


    тогда lАВ=4* lOА=4* 0,07933 =0,317324 [м];

        1. Построение механизма.


    На листе вычерчиваем схему механизма, выбрав масштаб построения l , [мм/м].

    Пусть АО=50 [мм], тогда l=AО / lOА,

    где l – масштаб;


    Тогда l=48/0,07933 ≈600 [мм/м];

    АВl* lАВ= 600 * 0,317324 =190,4 [мм];

    АS2l* lАS 2l* 0.38* lАВ=600 * 0.38* 0,317324 =72,35 [мм];


        1. Построение плана возможных скоростей.

    Предположим, что 1=const, тогда va=1*loa;

    Примем zva=50 [мм].

    Vв=Va+Vва;

    Vas2/ Vва=las2/laв=ZVas2/ZVва=0,38;


    ZVas2=0,38* ZVва;

    Cтроим планы возможных скоростей для первых шести положений механизма.

    Результаты построений занесены в таблицу 3


        1. Построение индикаторной диаграммы.

    Р=zР/Pmax=100/30*105=0,033 [мм/кПа] ,

    где Р - масштаб индикаторной диаграммы;


    HВ=2* lOА ,

    где lOА, [м] – длина кривошипа;

    Н, [м] - полный ход поршня;

    Тогда HВ =2*0,07933 =0,15866 [м] ;


    Пусть s =l =600 [мм/м] , тогда база индикаторной диаграммы

    b= HВ *l=0,15866*600=95,2 [мм]


    Используя данные, приведенные в таблице 1, строим индикаторную диаграмму.


    1.2.6 Построение графика усилий (), действующих на ползун.


    Сила, действующая на поршень, является алгебраической суммой сил, действующих на поршень справа (со стороны рабочей полости цилиндра) и слева. Так как нерабочая (левая) полость цилиндра сообщается с атмосферой, то слева на поршень в любом положении механизма действует сила атмосферного давления;cправа на поршень действует переменная сила давления газов. Суммарная сила будет пропорциональна ординатам, заключенным между атмосферной линией и соответствующей кривой индикаторной диаграммы. Знак силы устанавливается следующим образом: если сила совпадает по направлению с движением поршня, то она положительна, и наоборот.

    Если за ординаты графика силы принять ординаты , снятые с индикаторной диаграммы, то масштаб силы определяется из следующего уравнения:

    где =d2/4=0,0176625 , [м2] - площадь поршня;

    , [мм/кПа] - масштаб индикаторной диаграммы;

    , [мм/Н] - масштаб силы.


    Масштаб силы =/=0,033/0,0176625 =1,8684 [мм/кН];

    s =l =600 [мм/м].


      1. Определение параметров динамической модели.


    В качестве динамической модели механизма используем звено 1, приложив к нему суммарный приведенный момент и приписав ему суммарный приведенный момент инерции. Ниже приводится расчет этих параметров. Обобщенной координатой является угол поворота звена 1 - 1, начальным звеном – 1.


        1. Расчет кинематических передаточных функций.


    Для вычисления значений передаточных функций в каждом положении строим план возможных скоростей (без масштаба, для произвольной , задавшись постоянным отрезком скорости рА =50 [мм] точки А). См.пункт 1.2.4.

    По соответствующим отрезкам планов определяем кинематические передаточные функции, необходимые для определения параметров динамической модели

    механизма – приведенного суммарного момента и приведенного момента инерции.


    VqB=( рB / рА)* lOА ;

    VqS =( рS / рА )* lOА ;

    u21=(ab/ рА)*( lAO /lAB);


    Результаты расчета передаточных функций приведены в таблице 3.
        1. Приведение сил.


    Построение графиков приведенных моментов от сил движущих , сопротивления и суммарного приведенного момента .

    Чтобы упростить определение закона движения механизма, заменяем реальный механизм одномассовой динамической моделью и находим приложенный к ее звену суммарный приведенный момент

    МдпрG2прG3пр+ МFдпр


    МFдпр= Fд*VqB*cos(Fд,^VqB)

    где Fд=yF/,кН – значение движущей силы,

    cos(Fд,^VqB)=1

    Cледовательно МFдпр=Fд*VqB


    Мспр = сonst =- IfI/M**4=-0,209 [кН*м] – приведённый момент сил сопротивления.


    График суммарного приведенного момента строим складывая с учетом знака ординаты графиков и .

    Значения приведенных моментов Мдпр и М пр в зависимости от положения поршня, а так же значения величин, используемых при их вычислении, приведены в таблице 2.

    Масштаб по оси ординат графика находим, назначив ymax= 90 [мм].

    Тогда М= ymax / Мдпрmax= 90 /2,989=30 [мм/(кН м)]

    Масштаб по оси абсцисс

    =b/ 1max =300/[4*3.14]=23,85 [мм/рад],


    где b=300 [мм] – выбранная база графика,

    угол поворота звена 1 за цикл равен 4 рад.


        1. Приведение масс.

    Построение графиков приведенных моментов инерции механизма.


    Звенья механизма делят на две группы. В первую группу входит начальное звено и все звенья, связанные с ним постоянным передаточным отношением. Приведенные моменты инерции звеньев первой группы – постоянны, их значение не зависит от положения механизма. Обозначим их сумму . Ко второй группе относятся все остальные звенья механизма. Приведенные моменты инерции звеньев этой группы – переменны, они зависят от положения механизма. Обозначим их сумму . Следовательно ,

    =5 [кг*м2] задан в техническом задании;

    Рассмотрим определение :

    Для нахождения используем метод приведения масс. В основу метода положено условие равенства кинетической энергии всех звеньев механизма и звена динамической модели. В этом случае закон движения последнего будет таким же, как и закон движения начального звена реального механизма.

    Для определения приведенного момента инерции каждого звена механизма необходимо составить равенство кинетических энергий рассматриваемого звена и звена модели.

    Приведенный момент инерции звена 3 определяется по формуле, которая имеет вид

    =m3*VqB2

    Значения приведенного момента инерции в зависимости от положения поршня представлены в таблице 3.

    Приведенный момент инерции звена 2 определяется по формуле, которая имеет вид

    =m2*VqS22+ Js2*u212

    Значения приведенного момента инерции в зависимости от положени поршня представедены в таблице 3.


    Таким образом

    Полученные значения также представедены в таблице 3.


    Значения суммарного приведенного момента инерции тоже занесем в таблицу 3,


    Масштаб по оси ординат графика находим, назначив ymax=84,15 [мм].

    Тогда J= ymax /max =84,15/0,187=450 [мм/(кг м2)]

    =23,85 [мм/рад]


      1. Построение графика суммарной работы.