15



МГТУ имени Баумана Кафедра РК-2

Курсовой проект по курсу теория машин и механизимов.

Исследование механизмов оппозитного двигателя мотоцикла.


Расчетно-пояснительная записка.








Студент : Панкратов М. С.

Группа : СМ-9-52

Консультант : Плужников Б. И.

Дата предъявления:

Дата зачета :

Подпись преподавателя :

-2001-


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.



































Содержание.

1. Техническое задание.

1.1 Краткое описание работы механизма.

1.2 Исходные данные.

2. Определения закона движения механизма.

2.1 Определение основных размеров механизма.

2.2 Определение аналитического вида передаточных функций методом векторных контуров.

2.2.1 Аналог углового ускорения шатуна.

2.2.2 Аналог скорости центра масс шатуна.

2.2.3 Аналог скорости ползуна.

2.3 Определение приведенного к кривошипу момента движущих сил.

ев.

2.4. Определение приведенного к кривошипу момента инерции звеньев.

2.5. Определение момента инерции маховых масс.

2.6. Определение закона изменения угловой скорости кривошипа.

3. силовой расчет механизма.

3.1 Результаты аналитического силового расчета.

3.2 Результаты проверочного расчета методом планов.

4 Синтез кулачкового механизма.

4.1 Кинематический анализ кулачкового механизма.

4.2 Проектирование профиля кулачка.

5. Синтез зубчатой передачи привода распределительного вала.

5.1. Аналитический расчет параметров эвольвентных зубчатых колес.

5.2. Проектирование профиля зубчатых колес.

6. Синтез планетарного редуктора.

6.1. Расчет числа зубьев колес.

7. Список использованной литературы.






















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

12.5

м/c

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

3.6

-

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

0.28

-

Диаметр цилиндра

d

0.073

М

Число оборотов коленчатого вала при номинальной нагрузке

n1ном

5200

об/мин

Число оборотов коленчатого вала на холостом ходу

n1хх

1600

об/мин

Максимальное давление в цилиндре при номинальной нагрузке

(Pmax)ном

35

Ати

Максимальное давление в цилиндре на холостом ходу

(Pmax)хх

13.2

Ати

Масса шатуна

m2, m4

0.34

Кг

Масса поршня

m3, m5

0.34

Кг

Момент инерции шатуна относительно оси проходящей через его центр тяжести

J2, J4

0.00015

кг*м2

Момент инерции коленчатого вала

J0

0.0006

кг*м2

Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала

1/17

-

Эффективная мощность двигателя на номинальной нагрузке

(Ne)ном

23.17

Лс

Механический КПД двигателя


0.77

-

Приведенный к коленчатому валу момент инерции трансмиссии


0.015

кг*м2

Ход толкателя кулачкового механизма

0.006

М

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

27

Град

Угол рабочего профиля кулачка выпускного клапана


127

Град

Угол рабочего профиля кулачка впускного клапана


145

Град

Отношение величин ускорений толкателя

1.75

-

Расстояние между осями кулачкового и коленчатого валов

95

Мм

Модуль зубчатых колес 10 и 11

4

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 одномассовой 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.




2.2 Аналитическое вычисление передаточных функций методом векторных контуров.

Составляется векторный контур (рисунок 4):













Рис. 4 Векторные контуры.


В этом контуре верны соотношения:



Записывается (1) в координатной форме:



Из второго уравнения следует:




Далее применяя основное тригонометрическому тождеству.





2.2.1 Аналог углового ускорения шатуна.

Соотношение (2) дифференцируется по времени.




После очевидных преобразований.







2.2.2 Аналог скорости центра масс шатуна.

Из условия замкнутости векторного контура:




Соотношение (3) записаное в координатной форме:








После очевидных преобразований соотношение (3) дифференцируется по времени.










Далее применяется операция вычисления модуля:








Аналог скорости центра масс шатуна определяется соотношением:





2.2.3 Аналог скорости ползуна

Из соотношения (1) следует:





Далее приведенное выше выражение дифференцируется по времени:









Аналог скорости определяется соотношением:









2.3 Определение 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.




2.4 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 = 96.72 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=-7.702 Н.

Момент сопротивления показан на графике приведенных моментов.

3.5 Определение приведеного момента инерции звеньев.

В соответствии с определением приведенного момента инерции вычисляется приведенный к кривошипу момент инерции. На графическом листе 1 приведены графики приведенного момента правого шатуна, левого шатуна, правого ползуна, левого ползуна, суммарного приведенного момента инерции. Дана схема одномассовой модели.






3.6 Определение момента инерции маховых масс.

Расчет производиться в соответствии с методикой изложеной в [1].

Используются упрощенные соотношения:




Используется формула из [1].