28



Данная расчетно-пояснительная записка содержит подробное описание выполнения задания по курсовому проектированию по теме “Проектирование и исследование механизмов движения легкового автомобиля”. В состав курсового проекта входят: данная расчетно-пояснительная записка и 5 листов формата А1 с необходимыми графическими расчетами и зависимостями. Расчетно-пояснительная записка содержит 30 листов машинописного текста, 9 рисунков и 2 таблицы.

Также расчетно-пояснительная записка содержит расчеты, используемые при проектировании механизмов движения легкового автомобиля: определение законов движения звеньев и точек механизма , силовой расчет мехализма , проектирование и исследование зубчатой передачи, синтез кулачкового механизма. В приложениях к расчетно-пояснительной записке находятся программы разработанные для данного варианта курсового проекта и результаты работы готовых програмных продуктов, использовавшихся при выполнении проекта.

Описание работы двигателя внутреннего сгорания.

Данный двигатель является двухтактным трехцилиндровым двигателем с вертикальным рядным расположением цилиндров (рис. 1). Характер изменения давления в поршнях цилиндра показан на индикаторной диаграмме (рис. 2), которая строится по данным представленным в таблице 2. Основной механизм двигателя состоит из трех одинаковых кривошипо-ползунных механизмов, кривошипы которых размещены на общем коленчатом валу со сдвигом в 120o, а шатуны 2,4,6 и поршни 3,5,7 перемещаются в параллельных плоскостях. Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала, а рабочие процессы повторяются в каждом цилиндре со сдвигом в 120o.

рис. 1 рис. 2

Управление газораспределением двигателя осуществляется кулачковым механизмом с кулачком 9 и с поступательно движущимся толкателем 10 (рис. 3), закон изменения ускорения которого a(j) показан на рис. 4. Движение кулачкого вала осуществляется зубчатыми колесами 11-12 с передаточным отношением U=1.

рис. 3 рис. 4

Планетарная коробка передач состоит из двухрядного планетарного редуктора (рис. 5) смешанного зацепления с тремя сателлитами (k=3) и рядовой передачи 13-14.

рис. 5


После движения автомобиля по горизонтальному участку пути с постоянной скоростью при установившемся моменте сопротивления Mсуст начинается подъем. При подъеме момент сопротивления Mспод на валу двигателя изменяется по линейному закону Mспод = Мсуст + 23a()10-2.

При выполнении задания график t(j) построить для поворота вала двигателя на угол j=2 после начала подъема пути.

При проектировании механизмов движения механизмов движения автомобиля считать известными параметры, приведенные в таблице 1.




Таблица 1.

Исходные данные


Параметр

Обозначение

Размерность

Значение

1

Средняя скорость поршня

(VB)ср

м/с

13.6

2

Частота вращения коленчатого вала двигателя

n1

с-1

72

3

Отношение длины шатуна 2 (4,6) к длине кривошипа 1

lAB/lOA

-

3.8

4

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

lAS/lAB

-

0.3

5

Масса шатуна

m2=m4=m6

кг

0.35

6

Масса поршня

m3=m5=m7

кг

0.37

7

Момент инерции шатуна относительено оси, проходящей через центр тяжести шатуна

I2s=I4s=I6s

кгм2

0.0021

8

Диаметр цилиндров

d

м

0.08

9

Максимальное давление в цилиндре двигателя при номинальной нагрузке

Pmax

Мпа

2.7

10

Коэффициент момента сопротивления

a

Кн.м

0.2

11

Приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся деталей привода

Iiпр

кг.м2

0.58

12

Угловая координата кривошипа для силового расчета

f1

град

150

13

Число зубьев колес 13 и 14

Z13

Z14

-

-

10

40

14

Модуль зубчатых колес

m

мм

4

15

Передаточное отношение планетарного редуктора

U

-

31/3

16

Ход толкателя 10 кулачкового механизма

h

мм

8

17

Угол рабочего профиля кулачка 9

jраб

град

180

18

Максимально допустимый угол давления кулачка

J

град

35

19

Угол наклона линии зуба

b

град

0








Таблица 2

Давление в цилиндре двигателя (в долях Pmax) в зависимости от положения поршня.

Путь

поршня

(в долях Н)

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

Сжатие


0.29

0.23

0.2

0.16

0.1

0.06

0.04

0.03

0.015

0.008

0.007

0.006

0.002

Расширение


0.29

1

0.9

0.71

0.5

0.36

0.29

0.24

0.17

0.165

0.135

0.115

0.002

1. Проектирование кривошипо-ползунного механизма .

Проектирование кривошипо-ползунного механизма ведется по средней скорости поршня (ползуна). При этом известными являются следующие параметры: средняя скорость поршня Vср=13.6 м/с, частота вращения вала кривошипа n=72 c-1, отношение длин шатуна и кривошипа =lAB/lOA=3.8.

Время одного оборота вала t=1/n равно 0.0139 с, а расстояние, которое проходит поршень за один оборот, S равно 4.lOA. Но Vср=S/t. Нетрудно заметить, что lOA=Vср/(4.n) => lОА=0.047 м => lАВ=0.179 м.

рис. 6

2. Определение законов движения механизма.

Этот этап нам необходимо выполнить для получения значений параметров движения механизма ( угловые скорость и ускорение кривошипа 1), которые нам понадобятся для выполнения силового расчета.

2.1. Определение передаточных функций скоростей кривошипо-ползунного механизма.

Искомые передаточные функции находим по следующим формулам:

;;U21=w2/w1 , где

w1 - угловая скорость кривошипа 1 [рад/с];

w2 - угловая скорость шатуна 2 [рад/с];

VQB, VQS2 - скорости точек B и S2 соответственно [м/с].

Значения скоростей точек и угловых скоростей звеньев получены с помощью программы ‘Diada’. Таблица с результатами работы этой программы представлена в приложении 1.


2.2. Построение графической зависимости суммарного приведенного момента от угла поворота кривошипа 1.

Суммарный приведенный момент является суммой приведенного движущего момента Mдпр и приведенного момента сопротивления Mспр . Для определения Мдпр воспользуемся формулой Мдпр=FдVc/. График строится по точкам (12 положений) для 1-го цилиндра Для двух других цилиндров графики получаем путем сдвига 1-го графика на 120o и 240o соответственно. Зависимость суммарного движущего момента Мдпр (j) получается сложением этих трех графиков. Приведенный момент сопротивления Mспр получаем по формуле , где Мсуст -установившийся момент сопротивления [кн×м]. Результатом сложения графиков Мдпр (j) и Mспр (j) будет являться график суммарного приведенного момента Мпр (j).

Вычислением координат точек для построения графиков Мдпр1(j), Мдпр2(j), Мдпр3(j), Мдпр (j) а также созданием файла ‘md.scr’,с помощью которого ACAD будет выполнять это построение занимается программа ‘md.cpp’. Текст программы ‘md.cpp’ приводится в приложении 2.




2.3. Построение графика суммарной работы.

Суммарноя работа приведенного суммарного момента сил вычисляется по формуле:

Таким образом, график суммарной работы можно получить путем графического интегрирования графика суммарного приведенного момента сил.

После получения графика А(j), вычисляется его масштаб следующим методом:

, где mj - масштаб по оси абсцисс и ,а OK - длина отрезка интегрирования и OK=25 мм. => ;

Полученный график корректируем в соответствии со значением начальной кинетической энергии (AS=Tн) путем сдвига оси абсцисс на требуемую величину.


2.4. Определение суммарного приведенного момента инерции.

Суммарный приведенный момент инерции всего механизма равен сумме приведенных моментов инерции всех его звеньев. Рассмотрим получение графика приведенного момента инерции на примере первого цилиндра, а остальные графики получим сдвигом на 120o и 240o соответственно. Суммарный приведенный момент инерции второй группы звеньев (ползуна 3 и шатуна 2) 1-го цилиндра рассчитывается по формуле: где Iпр - приведенный момент инерции ползуна 3 при его поступательном движении; Iпр -приведенный момент инерции шатуна 2 при его поступательном движении; I2Врпр - приведенный момент инерции шатуна 2 при его вращательном движении.Приведенные моменты инерции элементов при поступательном движении рассчитываются по формулам:

, где

V-скорость поступательного движения звена [м/с];

w -угловая скорость кривошипа 1 [рад/с];

m -масса звеньев 3 и 2 соответственно [кг].




Приведенный момент инерции шатуна 2 при его вращательном движении рассчитывается по формуле:

, где

w1 и w2 -угловые скорости кривошипа 1 и шатуна 2 [рад/с];

I2s -момент инерции шатуна 2 относительно оси, проходящей через центр тяжести шатуна [кг×м2].

Полный момент инерции второй группы звеньев получаем путем сложения графиков , и . Суммарный приведенный момент инерции всего механизма = + , где - приведенный момент инерции первой группы звеньев ( кривошипов, совершающих только поступательное движение ) задается равным 0.58 кг×м . График (j) получаем из графика (j) параллельным переносом оси абсцисс вниз на величину, равную 0.58 кг×м .

Вычислением координат точек для построения графиков Iпр(j), Iпр(j), I2Врпр(j), (j), (j), (j), (j) а также созданием файла ‘mom_in.scr’,с помощью которого ACAD будет выполнять это построение занимается программа ‘mom_in.cpp’. Текст программы ‘mom_in.cpp’ приводится в приложении 3.


2.5. Построение графика скорости вращения кривошипа 1.

Зависимость угловой скорости w1 от координаты j можно записать в виде:

,

- работа суммарного приведенного момента сил , приложенных к механизму [Дж];

Tн - кинетическая энергия звеньев в начальном положении [Дж].

Примем начальную кинетическую энергию Тн равную нулю, а затем устраним допущенную ошибку путем корректировки графика w(j) в соответствии с начальным значением угловой скорости wнач, которое принимаем равным средней угловой скорости кривошипа wср=2pn=452.4 1/с. (Т. е. сдвигаем ось абсцисс графика до тех пор, пока начальное значение угловой скорости на графике не совпадет с wср=452.4 1/с).

Вычислением координат точек для построения графика w1=w1(j), а также созданием файла ‘omega.scr’,с помощью которого ACAD будет выполнять это построение, занимается программа ‘mom_in.cpp’. Текст программы ‘mom_in.cpp’ приводится в приложении 3.

Для нахождения зависимости w1=w1(t) используется представление функции w(j) в виде: => .

При tн=0 уравнение упрощается :, и найденная зависимость t=t(j) позволяет найти и искомую зависимость w1=w1(t). Решение данного уравнения проводится графически. При графическом интегрировании для решения уравнения используют специальный прием для построений с помощью которого строится график функции t=t(j).Затем находят искомую зависимость w(t) путем исключения переменной j.


2.6 Построение графика углового ускорения кривошипа 1.

Угловое ускорение e1 определяем по формуле : (по свойству производной), где

МSпр - суммарный приведенный момент сил приложеных к механизму [н×м];

ISпр - суммарный приведенный момент инерции [кг×м2];

w1 - угловая скорость кривошипа [рад/с];

mI и mj - масштабы графика Iпр(j) по осям ординат и абсцисс соотоветственно mj=47.7 ; mI=60000 ;

tgj - угол наклона касательной, построеной в соответствующей точке, к графику Iпр(j) (Для точек соответствующих углам поворота кривошипа равным 30o,150o,270o tgj=1.07, для точек соответствующих углам поворота кривошипа равным 90o,210o,330o tgj= -1.07, для остальных точек tgj= 0).

Вычислением координат точек для построения графика e1=e1(j), а также созданием файла ‘eps.scr’,с помощью которого ACAD будет выполнять это построение занимается программа ‘mom_in.cpp’. Текст программы ‘mom_in.cpp’ приводится в приложении 3.

3. Силовой расчет.

Силовой расчет механизма проводится для положения механизма, соответствующего углу поворота кривошипа j =150о. Из расчета кинематических параметров механизма, проведенного на первом листе, нам известны угловая скорость w=451.1 рад/с и угловое ускорение e = 17.4 рад/с-2 кривошипа в момент, соответствующий углу j =150о . Также известны силы давления газа на поршни двигателя: F3= 1.5 кн ; F5= -0.31кн ; F7=11.4 кн и геометрические параметры звеньев механизма: lA2B2= lA4B4 = lA6B6= 0.179 м, lO2A2= lO4A4 = lO6A6= 0.047 м.

рис. 7.


3.1. Определение скоростей точек и звеньев механизма.

Зная длину кривошипов ( OA2, OA4, OA6 ) и их угловую скорость w=451.1 рад/с, мы находим скорости точек A2, A4,A6 по формулам: V= l, где

V - скорость конца кривошипа [м/с];

l - длина кривошипа [м];

w - угловая скорость кривошипа [рад/с].

Для нахождения скоростей точки составляем векторное уравнение:

, где

- скорость точки В2, известная нам только по направлению ( направлена вертикально ) ;

- скорость точки А2 , известная нам и по значению и по направлению (VA2 = lOA2 =21.2 м/с и || OA2);

- скорость точки В2 вокруг А2, известная нам только по направлению (^B2A2).

Выбираем полюс скоростей pv и в масштабе mv= 5 мм/м×с-1 откладываем вектор скорости ( на конце этого вектора обозначим точку a2) и прямую, на которой лежит вектор . Через конец вектора проводим прямую, на которой лежит вектор . Пересечение двух прямых даст нам точку b2 на векторной диаграмме. Модули искомых скоростей получаем по формуле: VB2 = pvb2/mv = 8 м/с ; VB2A2 = a2b2/mv =18.96 м/с .

Аналогично проводим построение планов скоростей для других двух цилиндров, приняв за полюс все ту же точку Pv.

Находим: VB4 = 21.2 м/с , VB4A4 = 0 м/с ,

VB6 = 13 м/с , VB6A6 = 18.5 м/с .

Угловые скорости звеньев 2, 4, 6 вычисляем по формулам:

w 2 = VB2A2 / lA2B2 ; w 4 = VB4A4/lA4B4; w6 = VB6A6/lA6B6 .

Получаем w2= 105.7 рад/с , w4 = 0 рад/с , w6 = 103.4 рад/с .


3.2. Определение ускорений точек и звеньев механизма.

Для определения ускорений звеньев механизма разобьем его на три кривошипо-ползунных механизма ( ускорения определим отдельно для трех цилиндров, а для построения планов ускорений будем использовать один и тот же полюс ).

Проведем расчет для первого цилиндра. Для этого составим векторное уравнение:

;

, где

- нормальная составляющая ускорения точки А2, || OA2

и = w2 ×lOA2= 9564.1 м/с-2

- тангенциальная составляющая ускорения точки А2, ^ OA2

и = e ×lOA2= 0.82 м/с-2;

- нормальная составляющая ускорения точки В2 вокруг А2,

|| A2B2 и =w22 ×lA2B2 = 2000 м/с-2;

- тангенциальная составляющая ускорения точки В2 вокруг А2,


Случайные файлы

Файл
184855.doc
100962.rtf
4523.rtf
76631-1.rtf
58732.rtf