33



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: Громотков С. В. группа Э2-52


Руководитель проекта: Синицын В. В.


2004 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 33 листа машинописного текста, в который включено 6 рисунков.

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:


Техническое задание………………………………………………………………4

1. Определение законов движения механизма

    1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма……………...…9

    2. Определение передаточных функций скоростей

кривошипно-ползунного механизма………………………………….…9

    1. Построение графической зависимости суммарного приведенного

момента от угла поворота кривошипа………………………………….12

1.4. Построение графика суммарной работы……………………….……...12

1.5. Определение суммарного приведенного момента инерции………..…14

1.6. Построение графика скорости вращения кривошипа…………………16

1.7 Построение графика углового ускорения кривошипа…………….…..16

2. Силовой расчет

2.1. Определение скоростей точек и звеньев механизма…………….……20

2.2. Определение ускорений точек и звеньев механизма……………..…..20

2.3. Определение главных векторов сил инерции и главных моментов

сил инерции…………………………………………………………...…22

2.4. Определение усилий в кинематических парах……………………..…23

2.5. Определение момента сопротивления………………………………....24

3. Проектирование зубчатой передачи

3.1. Выбор коэффициентов смещения с учетом качественных

показателей работы зубчатой передачи ………………………….…...25

3.2. Станочное зацепление………………………………………………..…27

3.3. Зубчатая передача…………………………………………………….....27

3.4. Проектирование планетарного редуктора……………………………..29

4. Проектирование кулачкового механизма

4.1. Построение графика передаточной функции скорости и

перемещения толкателя……………………………………………....30

4.2. Построение допустимой области расположения центра

вращения кулачка…………………………………………………….…30

4.3. Построение профиля кулачка………………………………………..….31

4.4. Построение графика изменения угла давления……………………..…31

Список использованной литературы………………………………………….…..33

















































































































































































































































































  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


Проектирование кривошипно-ползунного механизма ведется по средней скорости поршня (ползуна). При этом известными являются следующие параметры: средняя скорость поршня Vср=12.0 м/с, частота вращения вала кривошипа n=73 c-1, отношение длин шатуна и кривошипа 1=lAB/lOA=3.7, относительное расстояние от центра масс шатуна к длине шатуна 2=1AS/1AB=0.77

Время одного оборота вала t=1/n равно 0.0137 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=0.041 м  lАВ=21OA=0.152 м.

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

рис. 1

1.2. 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].

Значения передаточных функций получены с помощью программы «AR2». Результаты работы этой прилагаются на следующей странице.

Ниже приведен график передаточных функций.

рис. 2































































1.3. 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 () 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 файле “rashet.xls”. Результаты приведены на следующей странице.


1.4. 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=60 мм.  .

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

















































1.5. 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 звеньев 3 и 2 соответственно [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 = + , где - приведенный момент инерции первой группы звеньев ( кривошипов, совершающих только поступательное движение ) задается равным 0.58 кгм . График () получаем из графика () параллельным переносом оси абсцисс вниз на величину, равную 0.58 кгм .

Вычисление координат точек для построения графиков Iпр(), Iпр(), I2Врпр(), (), (), (), () производится с помощью программы “MS Excel” в файле “rashet.xls”. Результат расчета приведен на следующей странице.





















































1.6. Построение графика скорости вращения кривошипа 1


Зависимость угловой скорости 1 от координаты 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 () в соответствии с начальным значением угловой скорости нач, которое принимаем равным средней угловой скорости кривошипа ср=2n=458.44 1/с. (Т. е. сдвигаем ось абсцисс графика до тех пор, пока начальное значение угловой скорости на графике не совпадет с ср=458.44 1/с).

Вычисление координат точек для построения графика 1=1() производится с помощью программы “MS Excell” в файле “rashet.xls” и приводится на следующей странице.

Для нахождения зависимости 1=1(t) используется представление функции () в виде:  .

При tн=0 уравнение упрощается: , и найденная зависимость t=t() позволяет найти и искомую зависимость 1=1(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().Затем находят искомую зависимость (t) путем исключения переменной .


1.7. Построение графика углового ускорения кривошипа 1

Угловое ускорение 1 определяем по формуле: (по свойству производной), где:

Мпр - суммарный приведенный момент сил приложеных к механизму [нм];

Iпр - суммарный приведенный момент инерции [кгм2];

1 - угловая скорость кривошипа [рад/с];

I и - масштабы графика Iпр() по осям ординат и абсцисс соотоветственно =30 ; I=70000 ;

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

Вычисление координат точек для построения графика 1=1() выполняется в программе “MS Excell” в файле “rashet.xls” и приводится на 19-ой странице.



























































































  1. Силовой расчет


Силовой расчет механизма проводится для положения механизма, соответствующего углу поворота кривошипа =60о. Из расчета кинематических параметров механизма, проведенного на первом листе, нам известны угловая скорость =462,03 рад/с и угловое ускорение = 0,86 рад/с-2 кривошипа в момент, соответствующий углу =60о. Также известны силы давления газа на поршни двигателя: F3= 5,5 кН; F5= 0 кН; F7=0,796 кН и геометрические параметры звеньев механизма: lA2B2= lA4B4 = lA6B6= 0.152 м, lO2A2= lO4A4 = lO6A6= 0.041 м.

рис. 3


2.1. Определение скоростей точек и звеньев механизма


Зная длину кривошипов (OA2, OA4, OA6) и их угловую скорость =462,03рад/с, мы находим скорости точек A2, A4,A6 по формулам: V= l, где:

V - скорость конца кривошипа [м/с];

l - длина кривошипа [м];

- 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 =18,9 м/с и