98-Д-Витя (ПЗ Витек)

Посмотреть архив целиком





МГТУ им. Н. Э. Баумана


Факультет «Энергетическое машиностроение»

Кафедра «Поршневые двигатели»






Расчетно-пояснительная

записка к курсовому проекту


Тема проекта:

«Проектирование и исследование

механизмов движения легкового автомобиля»
















Студент: Киселев В.В. группа Э2-51


Руководитель проекта: Синицын В. В.


2006 г.





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 4 листа формата А1 с необходимыми графическими расчетами и зависимостями. Расчетно-пояснительная записка содержит 27 листа машинописного текста.


Также расчетно-пояснительная записка содержит расчеты, используемые при проектировании механизмов движения легкового автомобиля: определение законов движения звеньев и точек механизма, силовой расчет механизма, проектирование и исследование зубчатой передачи, синтез кулачкового механизма. К расчетно-пояснительной записке прилагаются: техническое задание и результаты работы программ, использовавшихся при проектировании механизма.
























Содержание:


Краткое описание работы двигателя внутреннего сгорания. 4

1. Определение законов движения механизма. 10

1.1. Проектирование кривошипо-ползунного механизма. 8

1.2. Диаграммы сил и давлений. 9

1.3. Определение передаточных функций скоростей

кривошипо-ползунного механизма. 10

1.4. Построение графической зависимости суммарного

приведенного момента от угла поворота кривошипа . 10

1.5. Построение графика суммарной работы. 11

1.6. Определение суммарного приведенного момента инерции. 12

1.7. Построение графика скорости вращения кривошипа. 14

1.8. Построение графика углового ускорения кривошипа. 15

2. Силовой расчет. 17

2.1. Определение скоростей точек и звеньев механизма. 17

2.2. Определение ускорений точек и звеньев механизма. 18

2.3. Определение главных векторов сил инерции и главных

моментов сил инерции. 19

2.4. Определение усилий в кинематических парах. 20

2.5. Определение момента сопротивления. 21

3. Проектирование зубчатой передачи. 22

3.1. Выбор коэффициентов смещения с учетом качественных

показателей работы зубчатой передачи. 22

3.2 Проектирование планетарного редуктора. 23

4. Проектирование кулачкового механизма. 25

4.1. Построение графика передаточной функции скорости и

перемещения толкателя. 25

4.2. Построение допустимой области расположения центра

вращения кулачка. 26

4.3. Построение профиля кулачка. 26

4.4. Построение графика изменения угла давления. 26

Список использованной литеретуры. 27














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() 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() построить для поворота вала двигателя на угол =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

раб

град

180

18

Максимально допустимый угол давления кулачка

град

35

19

Угол наклона линии зуба

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. 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.

    1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма


На рис. 6 показаны: 1- кривошип, 2- шатун, 3- ползун.




рис. 6


Проектирование кривошипно-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 1=lAB/lOA=3.8, относительное расстояние от центра масс шатуна к длине шатуна 2=1AS/1AB=0.30

Время одного оборота вала t=1/n=1/72=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)=13.6/(4.72)=0.047 м  lАВ=11OA=3.8.0.047=0.179 м.





    1. Диаграммы сил и давлений


Строим индикаторную диаграмму и диаграмму сил, используя данные “Приложения 0”.


A – площадь сечения поршня;

mus – масштаб длин;

muF – масштаб сил;

H – ход поршня;


;

;

;

.








ПРИЛОЖЕНИЕ 0
















muS

muF

A

P/Pmax

Pmax

P

F

H

S/H

ordF

ordS

 





расширение




 

1000

7,5

0,005

0,29

2700

783

3,7584

0,094

0

28,188

0

1000

7,5

0,005

1

2700

2700

12,96

0,094

0,025

97,2

2,35

1000

7,5

0,005

0,9

2700

2430

11,664

0,094

0,05

87,48

4,7

1000

7,5

0,005

0,71

2700

1917

9,2016

0,094

0,1

69,012

9,4

1000

7,5

0,005

0,5

2700

1350

6,48

0,094

0,2

48,6

18,8

1000

7,5

0,005

0,36

2700

972

4,6656

0,094

0,3

34,992

28,2

1000

7,5

0,005

0,29

2700

783

3,7584

0,094

0,4

28,188

37,6

1000

7,5

0,005

0,24

2700

648

3,1104

0,094

0,5

23,328

47

1000

7,5

0,005

0,17

2700

459

2,2032

0,094

0,6

16,524

56,4

1000

7,5

0,005

0,165

2700

445,5

2,1384

0,094

0,7

16,038

65,8

1000

7,5

0,005

0,135

2700

364,5

1,7496

0,094

0,8

13,122

75,2

1000

7,5

0,005

0,115

2700

310,5

1,4904

0,094

0,9

11,178

84,6

1000

7,5

0,005

0,002

2700

5,4

0,02592

0,094

1

0,1944

94

 





сжатие




 

1000

7,5

0,005

-0,002

2700

-5,4

-0,02592

0,094

1

-0,1944

94

1000

7,5

0,005

-0,006

2700

-16,2

-0,07776

0,094

0,9

-0,5832

84,6

1000

7,5

0,005

-0,007

2700

-18,9

-0,09072

0,094

0,8

-0,6804

75,2

1000

7,5

0,005

-0,008

2700

-21,6

-0,10368

0,094

0,7

-0,7776

65,8

1000

7,5

0,005

-0,015

2700

-40,5

-0,1944

0,094

0,6

-1,458

56,4

1000

7,5

0,005

-0,03

2700

-81

-0,3888

0,094

0,5

-2,916

47

1000

7,5

0,005

-0,04

2700

-108

-0,5184

0,094

0,4

-3,888

37,6

1000

7,5

0,005

-0,06

2700

-162

-0,7776

0,094

0,3

-5,832

28,2

1000

7,5

0,005

-0,1

2700

-270

-1,296

0,094

0,2

-9,72

18,8

1000

7,5

0,005

-0,16

2700

-432

-2,0736

0,094

0,1

-15,552

9,4

1000

7,5

0,005

-0,2

2700

-540

-2,592

0,094

0,05

-19,44

4,7

1000

7,5

0,005

-0,23

2700

-621

-2,9808

0,094

0,025

-22,356

2,35

1000

7,5

0,005

-0,29

2700

-783

-3,7584

0,094

0

-28,188

0

    1. Определение передаточных функций скоростей кривошипно-ползунного механизма


Искомые передаточные функции находим по следующим формулам:

;;U21=2/1 , где

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

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

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



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


Суммарный приведенный момент является суммой приведенного движущего момента Mдпр и приведенного момента сопротивления Mспр . Для определения Мдпр воспользуемся формулой Мдпр=FдVB/. 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 () получается сложением этих трех графиков. Приведенный момент сопротивления Mспр получаем по формуле , где Мсуст -установившийся момент сопротивления [кнм]. Его определяем графическим интегрированием графика движущего момента и делением результата на 2. Результатом сложения графиков Мдпр () и Mспр () будет являться график суммарного приведенного момента Мпр ().

Вычисление координат точек для построения графиков Мдпр1(), Мдпр2(), Мдпр3(), Мдпр () производится с помощью программы “MS Excel” в Приложении 1.







ПРИЛОЖЕНИЕ 1

















 n

Абсцисса

F

VqB

M1

M2

M3

M движ

 slg2

Mуст + slg2 

М сопр

М сумм

0

0,0

3,76

0,0000

0,0

-1,0

18,5

17,5

0,000

-0,144

-43,20

-25,7

1

15,7

9,85

0,0289

85,4

-3,6

5,8

87,6

0,004

-0,148

-44,34

43,3

2

31,4

4,67

0,0462

64,7

-10,8

0,0

54,0

0,008

-0,152

-45,47

8,5

3

47,1

2,41

0,0470

34,0

-19,2

-0,4

14,3

0,011

-0,155

-46,61

-32,3

4

62,8

1,75

0,0352

18,5

0,0

-1,0

17,5

0,015

-0,159

-47,75

-30,2

5

78,5

1,07

0,0181

5,8

85,4

-3,6

87,6

0,019

-0,163

-48,88

38,7

6

94,2

0,00

0,0000

0,0

64,7

-10,8

54,0

0,023

-0,167

-50,02

4,0

7

109,9

-0,08

0,0181

-0,4

34,0

-19,2

14,3

0,027

-0,171

-51,15

-36,9

8

125,5

-0,09

0,0352

-1,0

18,5

0,0

17,5

0,030

-0,174

-52,29

-34,8

9

141,2

-0,26

0,0470

-3,6

5,8

85,4

87,6

0,034

-0,178

-53,43

34,2

10

156,9

-0,78

0,0462

-10,8

0,0

64,7

54,0

0,038

-0,182

-54,56

-0,6

11

172,6

-2,22

0,0289

-19,2

-0,4

34,0

14,3

0,042

-0,186

-55,70

-41,4

12

188,3

-3,76

0,0000

0,0

-1,0

18,5

17,5

0,045

-0,189

-56,84

-39,3


; ; ; ;


;

;

M2 - сдвиг M1 на 120о;

M3 - сдвиг M2 на 120о;

;

;

;

.


    1. Построение графика суммарной работы


Суммарная 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(), вычисляется его масштаб следующим методом:

, где - масштаб по оси абсцисс и, а OK - длина отрезка интегрирования и OK=30 мм. 

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


    1. 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];

-угловая скорость кривошипа 1 [рад/с];

m -масса звена[кг].

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

, где

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

I2s -момент инерции шатуна 2 относительно оси, проходящей через центр тяжести шатуна [кгм2].

Полный момент инерции второй группы звеньев получаем путем сложения графиков , и . Суммарный приведенный момент инерции всего механизма =