Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Самарский Государственный Технический Университет

Предмет:

Теория механизмов и машин

Файл:

Пособие ТММ (УМО) переработанное

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.06.2015

Размер:

1.57 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Задание 10. Самоходное шасси

Самоходное шасси с двухтактным двигателем внутреннего сгорания предна-

значено для перемещения грузов. Кривошипно-ползунный механизм двигателя

преобразует возвратно-поступательное движение ползуна (поршня) 3 во враща-

тельное движение кривошипа 1. Цикл движения поршней включает такты расши-

рения (в конце такта открываются выпускные

клапаны и продувочные

окна,

цилиндра

и продукты горения уда-

Ðä

ляются в выпускную систему) и такт

â.ì.ò.

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

сжатия, заканчивающийся

взрывом

Ð, ìÏà

Сжатие

впрыснутого в цилиндр топлива

Расширение

При

расчетах принять :

1).

Масса

звеньев: шатуна m2 = ql2, где

q = 10

í.ì.ò.

кг/м;

ползуна m3 = 0,3 m2 ;

криво-

ω1 S

шипа m1 = 2m2 . 2). Центр масс шату-

Линия атмосферного

давления

на в точке S2 с координатой

AS2 =

0,35 AB. 3). Момент инерции относи-

тельно

центра

масс

шатуна

J S 2 = 0,17m2 l2 . Кривошип

уравнове-

шен.

Таблица 10

Исходные данные

ПАРАМЕТР		ЧИСЛОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВАРИАНТОВ

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Угловая скорость	220	215	210	205	200	195	190	185	180	170
кривошипа ω, с-1	220


Ход ползуна S, м	0,08	0,085	0,09	0,095	0,1	0,105	0,11	0,115	0,12	0,125
Отношение хода
поршня к его диа-	1,0	0,8	0,9	1,0	0,8	1,2	1,1	1,25	1,15	1,0
метру S/D, м
Отношение длины
кривошипа к длине	0,2	0,2	0,22	0,25	0,24	0,25	0,25	0,2	0,2	0,24
шатуна λ=l1/l2
Приведенный мо-
мент инерции транс-	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	2,0
миссии Iп0, кг.м2
Коэффициент нерав-
номерности враще-	0,01	0,009	0,01	0,011	0,012	0,011	0,01	0,009	0,013	0,012
ния кривошипа δ

3.2 Методические указания по выполнению курсовой работы

Структурный и кинематический анализ

В курсовой работе предлагается анализ четырех схем кривошипноползунных механизмов, представленных на рис. 3.1.

На рис. 3.1 приняты следующие обозначения: N – номер схемы кривошипноползунного механизма; а - признак сборки механизма: а=1, если ползун расположен справа (сверху) от начала координат; а= -1, если ползун слева (снизу) от начала координат; l1 – длина кривошипа ОА; l2 – длина шатуна АВ; е – эксцентриситет (смещение); S – ход ползуна В; ϕ1,ϕ2 - углы, образованные кривошипом 1 и шатуном 2 с осью X, отсчитываются от положительного направления оси Х против часовой стрелки.

y			N=1
y	ϕ2		a=1
	ϕ2		a=1
	A		2 l2	B	3
1	l1	S	2 l2	B	3
1	l1	S
O	ϕ1	2	e
O	ϕ1		e
				S	x
				S

			N=3	y	ϕ2
			a=-1	y	ϕ2
3	B	2	l2		A
3	B	2	l2	l1	1
		e	S2	l1	1
		e		O	ϕ1
	S				x
	S

N=2		y		N=4	y		ϕ2
a=1	3			a=-1			ϕ2
a=1				a=-1
						1	A
						1
	B		S			l1 ϕ
	B		S			l1 ϕ
					O	1
					O		x
	l2						x
	l2					S2
	2					S2
	2	e
	S2	e				2
	S2					2
	ϕ2				e l2
	A	l1	ϕ1
	1	l1	ϕ1
	1	O
		O	x	B
			x			S
						S
				3

Р и с. 3.1. Схемы кривошипно-ползунных механизмов

Первоочередной задачей проектирования кривошипно-ползунного механизма является его синтез, т.е. определение недостающих размеров звеньев по некоторым данным входных параметров. Примеры синтеза:

Задача 1.

Спроектировать кривошипно-ползунный механизм, схема которого приведена на рис. 3.2. Входные параметры: ход ползуна S, средняя скорость движения ползуна Vср, максимальный угол давления между шатуном и ползуном [ϑдоп.] .

Решение

Отношение длины кривошипа к длине шатуна λ=l1/l2=sin[ϑ]. Длина кривошипа l1 соответственно равна l1=S/2 (м). Длина шатуна l2=l1/ λ (м). Время одного оборота вала кривошипа (период), c, t=2S/Vср. Частота вращения вала кривошипа n1=60/t об/мин, а его угловая скорость ω1 = π n1/30 (c-1).

	B1
	3		A2
	B	S
		S	C
			l1
2	[υ]	B2	A1
2	[υ]		A1
			B2
		A1
			S
			l2
A	1
		O	B1
			B1
			e
		A2
Р и с. 3.2. Синтез кривошипно-ползунного			Р и с. 3.3. Синтез кривошипно-
механизма по углу давления			ползунного механизма с эксцентриситетом

Задача 2. Спроектировать кривошипно-ползунный механизм, схема которого приведена на рис. 3.3. Входные параметры: ход ползуна S, отношение длины кривошипа к длине шатуна λ = l1 / l 2 ; отношение эксцентриситета к длине кривошипа ε = е/ l1 .

Решение. Длина шатуна l2, (м);	l 2 =		S		.
Решение. Длина шатуна l2, (м);	l 2 =				.
	(1	+ λ)2	− ε 2λ2 −	(1 − λ)2 − ε 2λ2

Длина кривошипа l1 = l × l2 , м. Эксцентриситет е = e×l1 , м.

Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма

Студенту предлагается произвести кинематический анализ механизма на стадии установившегося движения тремя методами: планов, кинематических диаграмм и замкнутого векторного контура.

План механизма строят для 12 последовательных положений начального звена (кривошипа) в пределах одного оборота. Все положения нумеруются в направлении вращения кривошипа. Начальное положение кривошипа задается углом j0 , отсчитываемым от положительного направления оси X против часовой стрелки. В зависимости от номера схемы кривошипно-ползунного механизма рис. 3.1 формулы для определения угла j0 (в радианах) приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Начальное положение кривошипа ϕ0

Номер схемы

Угол ϕ0 при эксцентриситете, рад

механизма по

рис. 1

е ¹ 0

е = 0

ϕо

= arcsin

N=1

+ l2

ϕо =

N=2

2 -arcsin

l1 + l2

ϕо = π − arcsin

N=3

l1 + l2

N=4

ϕо =

3π

− arcsin

3π

l1 + l2

Планы скоростей и ускорений строят для одного положения начального звена. Алгоритм их построения описан в лекции №2. Построение кинематических диаграмм представлено в лекции №2 и в источнике [1] стр. 68-78

Таблица 3.2

Алгоритм расчёта кинематических параметров кривошипно-ползунного механизма

Расчётные пара-

Механизмы с горизонтальным движением ползу-

Механизмы с вертикальным движением ползуна.

метры

на. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 1

Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 1

Функции положе-

xA = l1 cosϕ1 ,

yA = l1 sinϕ1,

xB = xA +

xA = l1 cosϕ1 ,

y A = l1 sinϕ1 ,

yB = y A +

ний

+ a l22 − (e − yA )2 ,

+ a l22 − (e − xA )2 ,

cosϕ2

xB − xA

sinϕ2

e − yA

cosϕ2

e − xA

sinϕ2

yB − y A

xs2 = xA + l3 cosϕ2 ,

ys2

= yA + l3 sinϕ2

xs2 = xA + l3 cosϕ2 ,

ys2

= y A + l3 sinϕ2

Аналоги линейных

и21

− x A

и31 = − y A − l2и21 sin ϕ 2 ,

и21

− y A

и31

= x A + l2и21 cos ϕ 2 ,

и угловых скоро-

l2 cos ϕ 2

l2 sin ϕ 2

стей и ускорений

и'21

+ l

sin ϕ

и'21 =

− x

− l

cos ϕ

l2 cos ϕ 2

l2 sin ϕ 2

и'31 = − x A − l2и'21 sin ϕ 2 − l2 и212

cos ϕ 2 ,

и'31 = − y A − l2и212

sin ϕ 2 + l2и21

' cos ϕ 2 ,

x′

= − y

− и

sin ϕ

′

= x

+ и

cos ϕ

x′

= − y

− l

sin ϕ

y′

= x

+ l

cos ϕ

s 2

x′′

= − x

− и

cos ϕ

− и

sin ϕ

′′

= − x A − l3и

s 2

xs 2

21 sin

ϕ 2 − l3и21 cos ϕ 2 ,

y ′′

= − y

− и

sin ϕ

+ и

cos ϕ

′′

= − y A + l3и

ϕ 2 .

s 2

y s 2

21 cos ϕ 2 − l3и

21 sin

Истинные линей-

vA = ω1l1,

ω2 = и21ω1k,

ε2 = и'21ω12 ,

vB = и31ω1k,

аB = и'31ω12 ,

ные и угловые

= x′

= y′

ω k,

+ y&

cosϕ

= x&

sin ϕ

= y&

скорости и ускоре-

s2 1

vs2

ния

&x&

= x′′

ω2

&y&

= y′′ ω2

&x&2

&y&2

cosϕ

ws2

&x&

sin ϕ

ws2

= &y&

s2 1

Пр и м е ч а н и я. 1. a – признак сборки механизма: а = 1 для схем №1 и 2 по рис. 3.1; а = -1 для схем №3 и 4 по рис. 3.1.

2.k – параметр, определяющий направление вращения кривошипа; k = 1 – вращение против часовой стрелки; k = -1 – вращение по часовой стрелке.

Алгоритм аналитического метода кинематического расчета кривошипноползунного механизма с горизонтальным и вертикальным движением ползуна приведен в табл. 3.2.

Силовой расчет

Задачей силового расчета является определение реакций в кинематических парах при известных внешних силах (сил тяжести, сил движущих или полезного сопротивления, сил инерции). Алгоритм силового расчета кривошипноползунного механизма представлен в табл. 3.3. Механическая характеристика машинного агрегата представляет собой зависимость сил полезного сопротивления(для рабочих машин) или движущих сил (для машин – двигателей) от какоголибо кинематического параметра, в роли которого чаще всего принимается перемещение ползуна. Если механическая характеристика задана в виде диаграммы F=f(S), то необходимо произвести ее графическую обработку и определить значение сил сопротивления или движущих сил для всех рассматриваемых положений.

В качестве примера рассмотрим последовательность обработки механической характеристики (индикаторной диаграммы) двухтактного одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (рис. 3.4).

Р0	12 0				ВМТ		P, МПа
	11		1		Сжатие
	11		1
	10		В		y2
	10		2
			2
	9		3	S	Расширение
	9		3		Расширение
	8	4
	7	5
	6				НМТ
					Sв
11	12 0		1
11			1			= МПа
10	ω			2	μF	= МПа
	1		A
9	O		A		3		мм
9	O				3
8				4
8
7		6	5
		6
Р и с. 3.4. Обработка механической характеристики

Таблица 3.3.

Алгоритм силового расчёта кривошипно-ползунного механизма

Объект

Расчётные па-

Механизмы с горизонтальным движением

Механизмы с вертикальным движением ползуна.

расчёта

раметры

ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 1

Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 1

Силы тяжести,

G1 = 9,81m1 ,

G2 = 9,81m2 ,

G3 = 9,81m3

Силы инерции,

M и2 = −I S 2 ε 2 ,

Фи3 = −m3аB

Фи2 = −m2 xS 2 ,

Фи2 = −m2 yS 2

Величины ре-

− Фи3 − Фп.с. ,

(2–

акций в кине-

R12

= −Фи2

R y = [R x (y − e) − (Ф y − G )(x − x

) +

R12 = −Фи3 + G3

− Фп.с. − Фи2 + G2 ,

Ассура

матических па-

− R

(x A

− e) − M и2 ]

(y B − y A ),

и2

S 2

= [(G2

− Ф

)(xS 2

− yS 2 ) −

рах, Н

+ Фиx2 (yS 2 − e) − M и2 ] (x A − xB ),

R12

и2

− e) − Фи2 (y B

Группа

R = G − R y − Ф y + G

и2

R03 = −Фи2

− R12

R x

= −R x

− Фx

R y

= −R y

− Фy

+ G

R = R x 2

+ R y 2

R = R x 2

+ R y 2

и2

Направление

cosϕ

R12

= R x

sinϕ

R12

= R y

R ,

cosϕ

R32

= R x

sinϕ

R32

= R y

реакций

1 класса)

Уравновеши-

R x

= −R x ,

R y

= −R y ,

− R21y

x A + R21x

y A

F x = −F

sin ϕ ,

F y = F

cos ϕ

вающая сила, Н

Величина и на-

Звено (механизмI

R x = −Rx − F x ,

R y = G − R y − F y ,

R =

R x

+ R y

шивающий

M y

= Fyl1

правление ре-

акций, Н

cos ϕR01 = R01x

R01;

sin ϕR01 = R01y

R01

Уравнове-

момент, Н·м

Силой, действующей на поршень машины, является сила давления газа, образующегося при сгорании паров топлива в камере сгорания. Зависимость давления рi на поршень от его перемещения представлена в виде индикаторной диаграммы рi=f(S).

В начале такта расширения взорвавшаяся в цилиндре рабочая смесь перемещает поршень из верхней «мертвой» точки (в. м. т.) в нижнюю (н. м. т.). В конце такта расширения открываются выпускные клапаны и продувочные окна и продукты сгорания удаляются из цилиндра в выхлопную систему. После продувки цилиндров (рi=0) начинается второй такт – сжатие воздуха , заканчивается взрывом вспрыснутого в цилиндр топлива. Полный цикл работы совершается за полный оборот кривошипа.

Для обработки индикаторную диаграмму следует построить с таким же масштабом перемещения μs, в каком представлен план положений механизма, и расположить таким образом, чтобы положение «мертвых» точек на ней было аналогично расположению этих точек на плане положений. Тогда стрелки над линиями диаграммы, совпадающие с направлением движения поршня (ползуна), укажут, на какой ветви графика следует измерять ординаты для вычисления давления рi в данном положении.

Давление рi (МПа) определяется путем измерения соответствующей ординаты Yi в мм на диаграмме с учетом масштабного коэффициента μр МПа/мм: рi= μ p Yi . Движущая сила, действующая на поршень Fд(i), Н, будет равна

Fд(i)= pi	πD	2	(3.1)
Fд(i)= pi	4	,	(3.1)
	4
где D – диаметр поршня, мм.
В результате обработки механической характеристики определяются значе-

ния движущей силы или силы полезного сопротивления для всех 12 положений механизма. При этом следует учитывать, что знаки сил должны соответствовать принятой правой системе координат.

Динамическое исследование машинного агрегата

В курсовой работе рассматриваются машинные агрегаты двух типов: рабочие машины (см. рис. 3.5 а) и машины-двигатели (см. рис. 3.5 б).

При работе машины происходят колебания угловой скорости кривошипного вала, вызванные несовпадением законов изменения сил сопротивления и движущих сил в каждый момент времени, а также непостоянством приведенного момента инерции звеньев кривошипно-ползунного и некоторых вспомогательных механизмов. Для учета влияния названных причин на закон движения вала кри-

вошипа составляется упрощенная динамическая модель машинного агрегата в виде вращающегося звена приведения ( рис.3.6 а).

Электро-

Передаточный

Исполнительный

двигатель

механизм

Мпр

ωд

S(ϕ1 )

ω1

Мд

ω1

Jдв.

Jи.м.

Jкр

Входное

Выходное

звено И.М.

а)

Кулачков.

рычажн. и др.

Вспомогательный механизм

Двигатель внутреннего				Передаточный
	сгорания				механизм			И.М.
								И.М.
			Мпр					Ми.м.
						=	ω1
m		S(ϕ1 )			U Iи.м.		ω1
							ωи.м.
			ω					ωи.м.


		Jкр		Jп.м.
		Jкр		Jп.м.					Jи.м.
									Jи.м.

б)

Кулачков. рычажн. и др.

Вспомогательный механизм

Р и с. 3.5. Схемы машинных агрегатов

	а)		б)
	пр	Jпрдв Jпмпр	JМпр Jкр	Jрычпр
Мдпр	J
Мдпр	Мспр
	Мспр			Мспр
ω1				Мспр
ω1	ϕ1
	ϕ1
		Мдпр

J пр=const	J пр=var
I	II
Р и с. 3.6. Динамическая модель машинного агрегата
Звено приведения, в качестве которого обычно принимается	кривошип, обла-
дает приведенным моментом инерции Jпр и находится под действием приведен-

ного момента сил Мпр , причем М пр = М ∂пр + М спр , М∂пр - приведенный момент

движущих сил; Мcпр - приведенный момент сил сопротивления.

Приведенный момент инерции можно, в свою очередь, представить в виде суммы постоянной J Ιпр и переменной J ΙΙпр составляющих. В величину J Ιпр входят

моменты инерции вращающих узлов агрегата: собственный момент инерции
кривошипа J кр , приведенные моменты инерции ротора электродвигателя J		пр	,
		дв
момент инерции добавочной массы (маховика) J	пр и передаточного механизма
	м
J nпрм (рис. 3.6 б). Переменная составляющая JΙΙпр	обусловлена рычажным меха-

низмом, каждое звено которого имеет собственный переменный момент инерции, зависящий от положения механизма.

Основными задачами динамического исследования машинного агрегата на стадии установившегося движения являются:

- определение момента инерции дополнительной массы (маховика) J мпр , необходимой для обеспечения требуемой степени неравномерности вращения звена приведения в установившемся режиме, задаваемой коэффициентом неравномерности движения δ ;

- определение закономерности вращения ( ω1,ε1 ) звена приведения для любых положении механизма внутри периода установившегося движения.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Теория механизмов и машин

#
08.06.20151.57 Mб62Пособие ТММ (УМО) переработанное.pdf
#
08.06.20152.56 Mб56пособие тмм умо.pdf