16-й курсач (РПЗ-Вован итог)

Посмотреть архив целиком

27



МГТУ имени Баумана Кафедра РК-2

Курсовой проект по курсу теория машин и механизмов.

Проектирование и исследование механизмов

двигателя и передачи мотоцикла.


Расчетно-пояснительная записка.







Студент: Шевень В.А.

Группа: СМ-8-51

Консультант: Чернышёва И.Н.

Дата предъявления:

Дата зачета:

Подпись преподавателя:


Реферат.

В данной работе производиться исследование работы механизмов двигателя мотоцикла. Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и четырех графических листов.

На первом листе производится определение закона движения механизма, расчет требуемого момента инерции маховых масс, обеспечивающего заданную неравномерность вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу . Приведено аналитическое выражение передаточных функций по скоростям и координатам.

На втором листе производиться исследование силового нагружения кривошипно-ползунного механизма двигателя на номинальном режиме работы. Приведены годографы сил в кинематических парах. Приведена проверка аналитического расчета в одной точке методом планов сил.

На третьем листе произведено конструирование кулачкового механизма привода впускного клапана по известному закону изменения ускорения. Приведен график угла давления в механизме.

На четвертом листе проведено проектирование зубчатой передачи привода распределительного вала. Приведена схема зацепления и схема станочного зацепления. Производиться кинематический расчет планетарного редуктора главной передачи.



















1. Техническое задание.

Определить основные размеры звеньев по заданным условиям (средняя скорость поршня, число оборотов коленчатого вала на холостом ходу).

Определить момент инерции маховых масс обеспечивающих заданный коэффициент неравномерности при установившемся режиме на холостом ходу.

Построить диаграмму изменения угловой скорости коленчатого вала для установившегося режима работы на холостом ходу.

Построить картину силового нагружения механизма.

Определить силовые факторы в кинематических парах при значении угловой координаты кривошипа 30.

Построить кинематические диаграммы движения толкателя.

Определить минимальные размеры кулачка из условия недопустимости заклинивания.

Построить диаграмму изменения угла давления в зависимости от поворота кулачка.

Спроектировать зубчатую передачу привода кулачкового механизма.

Спроектировать планетарный редуктор главной передачи.

1.1. Краткое описание работы механизма.

Рис. 1 Схема механизма


















Двигатель мотоцикла является четырехтактным двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. Основным механизмом двигателя является кривошипно-ползунный. Коленчатый вал 1 с моховиком 13 расположен параллельно продольной оси мотоцикла . Коленчатый вал соединен с остальными механизмами мотоцикла муфтой сцепления. В зависимости от положения муфты сцепления коленчатый вал может быть соединен с остальными механизмами мотоцикла или полностью отключен от них. С кривошипами OA и OD расположенными под углом 180, соединены шатуны 2 и 4. При таком устройстве поршни 3 и 5 всегда двигаются в противоположных направлениях. Рабочий цикл в каждом из цилиндров осуществляется за 2 оборота коленчатого вала.

Чередование процессов, протекающих в левом и правом цилиндрах 6 и 6’, происходит следующим образом (таблица 1):



Таблица 1 Фазы газораспределения.


Первый оборот

Второй оборот

Левый цилиндр

Всасывание

Сжатие

Расширение

Выпуск

Правый цилиндр

Расширение

Выпуск

Всасывание

Сжатие


Различают два режима работы двигателя:

  1. На холостом ходу, когда муфта сцепления разомкнута и коленчатый вал 1 отсоединен от остальных механизмов мотоцикла

  2. При номинальной нагрузке (при движении мотоцикла) когда муфта сцепления соединяет коленчатый вал с остальными механизмами мотоцикла.

Механизм газораспределения состоит из четырех кулачков 8, закрепленных на распределительном валу 7, и толкателей 9, воздействующих на клапаны 12.

Вращение кулачковому валу 7 передается от коленчатого вала 1 парой зубчатых колес 10 и 11 (с косым зубом).

Изменение скорости движения мотоцикла производится при помощи планетарной коробки передач.

1.2. Исходные данные.

Таблица 2 Исходные данные.

Наименование параметра

Обозначение

Числовое значение


Размерность

Средняя скорость поршня

(VB)ср,(VF)ср

12.0

м/c

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

3.8

-

Отношение расстояния от точки А до центра масс шатуна S2 к общей длине шатуна

0.3

-

Диаметр цилиндра

d

0.078

М

Число оборотов коленчатого вала при номинальной нагрузке

n1ном

4500

об/мин

Число оборотов коленчатого вала на холостом ходу

n1хх

1300

об/мин

Максимальное давление в цилиндре при номинальной нагрузке

(Pmax)ном

29

Ати

Максимальное давление в цилиндре на холостом ходу

(Pmax)хх

10.6

Ати

Масса шатуна

m2, m4

0.34

Кг

Масса поршня

m3, m5

0.36

Кг

Момент инерции шатуна относительно оси проходящей через его центр тяжести

J2, J4

0.0020

кг*м2

Момент инерции коленчатого вала

J0

0.007

кг*м2

Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала

1/18

-

Эффективная мощность двигателя на номинальной нагрузке

(Ne)ном

21.45

Лс

Механический КПД двигателя


0.81

-

Приведенный к коленчатому валу момент инерции трансмиссии


0.025

кг*м2

Ход толкателя кулачкового механизма

0.007

М

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

30

Град

Угол рабочего профиля кулачка выпускного клапана


120

Град

Угол рабочего профиля кулачка впускного клапана


120

Град

Отношение величин ускорений толкателя

1.7

-

Расстояние между осями кулачкового и коленчатого валов

98

Мм

Модуль зубчатых колес 10 и 11

4.0

Мм

Сумма чисел зубьев колес 10 и 11

39

-

Угол наклона зубьев для колес 10 и 11

33

Град

Передаточное отношение планетарного редуктора

4

-

Число сателлитов в планетарном редукторе

3

-

Параметры исходного контура реечного инструмента

20

1

0.25

Град

-

-


Закон изменения ускорения толкателя кулачкового механизма задан графически.






Рис. 2 Диаграмма изменения аналога ускорения толкателя.

Крутящий момент от двигателя передается на главную передачу через планетарный редуктор для которого приведена схема.











Рис. 3 Схема планетарного редуктора.

2. Определение закона движения механизма.

Расчет производиться с целью определить основные размеры кривошипно-шатунного механизма, определить момент инерции маховых масс обеспечивающий заданную неравномерность хода. Используется метод моделирования системы одномассной моделью. В качестве звена приведения принимается коленчатый вал двигателя (кривошип 1).

2.1. Определение основных размеров механизма.

Для того чтоб сделать возможным дальнейший кинематический расчет необходимо определить основные размеры механизма по заданным параметрам (средняя скорость поршня на холостом ходу и количество оборотов коленчатого вала на холостом ходу).

Определяется время одного оборота Т.




Ход поршня равняется удвоенной длине кривошипа.



Используя определение средней скорости производиться определение длины кривошипа.





По заданной относительной длине определяется длина шатуна.



Аналогично получаем и

2.2. Определение площадей поршней.

Находим площадь поршней Sпоршня = π*d2поршня/4 =0,005 м2.

2.3. Построение индикаторных диаграмм.

.

Индикаторные диаграммы строим по данным таб. 1.1 значений давлений в цилиндрах двигателя. mp=8 мм/105 Па, mF=8 мм/К

Таблица 1.1

Путь поршня

(в долях от Н)

SB/H

0

0,05

0,1

0,2

0,3

Всасывание

0,02

-0,02

-0,02

-0,02

-0,02

Сжатие

p/(pmax)xx

0,57

0,41

0,30

0,18

0,12

Расширение

0,57

0,85

0,66

0,43

0,31

Выхлоп

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02



Путь поршня

(в долях от Н)

SB/H

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Всасывание


-0,2

-0,2

-0,2

-0,2

-0,2

-0,2

-0,2

Сжатие

p/(pmax)xx

0,083

0,053

0,028

0,008

-0,01

-0,019

-0,02

Расширение


0,23

018

0,14

0,115

0,095

0,066

0,03

Выхлоп


0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,3


2.4. Построение графиков аналогов скоростей и передаточных функций.

Из программы AR2 получаем данные (таблица 1.2),по которым строим графики передаточных функций и аналогов скоростей.


Таблица 1.2

i0

Vq3

U q2

J сум

J 3

J 2

J2 вр

J 2 пос

0

-0,00000

-0,26316

0,000405

0,000000

0,000405

0,000139

0,000267

15

-0,01299

-0,25478

0,000482

0,000061

0,000421

0,000130

0,000291

30

-0,02459

-0,22990

0,000679

0,00218

0,000461

0,000106

0,000355

45

-0,03364

-0,18939

0,000916

0,000407

0,000509

0,000072

0,000437

60

-0,03932

-0,13513

0,001102

0,000557

0,000545

0,000037

0,000508

75

-0,04136

-0,07042

0,001173

0,000616

0,000557

0,000010

0,000547

90

-0,04000

0,00000

0,001120

0,000576

0,000544

0,000000

0,000544

105

-0,03591

0,07042

0,000979

0,000464

0,000514

0,000010

0,000504

120

-0,02996

0,13513

0,000802

0,000323

0,000479

0,000037

0,000442

135

-0,02293

0,18939

0,000636

0,000189

0,000447

0,000072

0,000375

150

-0,01540

0,22990

0,000509

0,000085

0,000424

0,000106

0,000318

165

-0,00771

0,25478

0,000431

0,000021

0,000410

0,000130

0,000280

180

-0,00000

0,26316

0,000405

0,000000

0,000405

0,000139

0,000267

195

0,00771

0,25478

0,000431

0,000021

0,000410

0,000130

0,000280

210

0,01540

0,22990

0,000509

0,000085

0,000424

0,000106

0,000318

225

0,02293

0,18939

0,000636

0,000189

0,000447

0,000072

0,000375

240

0,02996

0,13513

0,000802

0,000323

0,000479

0,000037

0,000442

255

0,03591

0,07042

0,000979

0,000464

0,000514

0,000010

0,000504

270

0,04000

0,00000

0,001120

0,000576

0,000544

0,000000

0,000544

285

0,04136

-0,07042

0,001173

0,000616

0,000557

0,000010

0,000547

300

0,03932

-0,13513

0,001102

0,000557

0,000545

0,000037

0,000508

315

0,03364

-0,18939

0,000916

0,000407

0,000509

0,000072

0,000437

330

0,02459

-0,22990

0,000679

0,00218

0,000461

0,000106

0,000355

345

0,01299

-0,25478

0,000482

0,000061

0,000421

0,000130

0,000291



2.5. Построение графиков приведенного момента инерции II группы звеньев.


Воспользовались методом приведения масс.

В основу метода приведения масс 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 составили равенство кинетических энергий рассматриваемого звена и звена модели.

В зависимости от характера движения звена существуют сле­дующие варианты равенстве кинетических энергий:

При поступательном движении i-го звена механизма

,

откуда

При вращательном движении звена вокруг неподвижной оси

,

откуда

При плоскопараллельном движении звена

откуда

где , - передаточные функции.

Суммарный приведенный момент инерции всего механизма ра­вен сумме приведенных моментов инерции всех его звеньев и за­висит от положения механизма:

зависит от отношения скоростей и может определять­ся без учета действительного закона движения звеньев.


Расчеты, полученные из программы AR 2,приведены в таблице 1.2

Масштаб графиков mJ=200000 мм/кг*м2.

2.6. Построение графиков приведенного момента движущих сил.

В

соответствии с определением приведенного момента вычисляется приведенный к кривошипу момент движущих сил. На графическом листе 1

приведены графики приведенного момента правой и левой ветвей двигателя, а также суммарный приведенный момент. Дана схема одномассовой модели.



По результатам расчёта строится график М(f) для приведённых моментов в левой и правой частях двигателя, для момента сопротивления и действующего приведённого момента.

Масштаб графика mM=1 мм/(Н*м), mf=19,1 мм/рад.


2.7. Построение графика суммарной работы и определение момента сил сопротивления.

На корпусе двигателя установлен ряд вспомогательных систем и устройств таких как системы смазки, охлаждения и.т.д. дополнительные потери возникают из за трения в подшипниках, на стенках цилиндра, взбалтывания масла. Из за постоянного характера этих потерь приведенный момент сил сопротивления предполагается постоянным. Работа движущего момента за цикл = 165.8 Дж (найдено при помощи численного интегрирования функции изменения приведенного момента движущих сил методом трапеций).

Суммарная работа движущих сил и сил сопротивления за цикл равна нулю (режим установившийся) . В соответствии с законом сохранения энергии:





Следовательно, Mc=13 Н*м.

Момент сопротивления показан на графике приведенных моментов.

Строим график работы движущего момента за цикл, а также график работы сил сопротивления. Масштаб графика определяем по формуле

mА=mМ *mf/К=0,76 мм/Дж,

где К=25 мм-отрезок интегрирования.


2.8. Выполнение перехода от графика суммарного приведенного момента инерции второй группы звеньев к приближенному графику кинетической энергии той же группы звеньев.


Определяли кинетическую энергию через приведен­ные моменты инерции этой же группы звеньев. Закон изменения на данном этапе неизвестен, поэтому для опреде­ления воспользовались приближенным равенством , поскольку коэффициент неравномерности - величина малая.

Тогда:

Так как