Расчет кривошипно-ползунного механизма

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра теоретической и прикладной механики Расчетно-пояснительная записка К курсовому проекту по теории механизмов и машин Исполнитель Студент: 3 курса Факультета: ИАТ Специальность:

Санкт-Петербург

1. Описание работы машины и исходные данные для проектирования

Во всех заданиях рассматриваются автомобили с двухцилиндровыми четырехтактными двигателями внутреннего сгорания (ДВС), схемы которые изображены на рис. 1, а; 2, а; 3, а, приложения 1. Основным механизмом ДВС является шестизвенный кривошипно-ползунный механизм (КПМ), который содержит кривошип 1, шатуны 2, 4 и ползуны 3, 5. Механизм преобразует поступательное движение ползунов (поршней) во вращательное движение кривошипа (коленчатого вала). От коленчатого вала движение через коробку передач (редуктор) (рис. 4) передается ведущим колесам.

Цикл движения КМП соответствует двум оборотам кривошипа и включает четыре такта: расширение, выхлоп (выпуск), всасывание (впуск), сжатие (рис. 1, б, в; 3, б, в).

Такт расширения — происходит сгорания топливной смеси, ползун перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Такт выхлопа (выпуска) — ползун перемещается из НМВ в ВМТ, продукты сгорания через выпускные клапана удаляются из цилиндра.

Такт всасывания (впуска) — ползун перемещается из ВМТ в НМТ, через впускные клапана в цилиндр поступает топливная смесь, клапан открывается при угле 360⁰ — в₁, а закрывается при угле 540⁰ + в₂, где в₁ — угол опережения, а в₂ — угол запаздывания.

Такт сжатия — ползун перемещается из НТМ в ВМТ, происходит сжатие топливной смеси.

На рис. 1, б; 2, б; 3, б изображены индикаторный диаграммы, показывающие зависимость давления р газов на поршень от перемещения х.

Данные для построения индикаторных диаграмм даны в табл. 2. Перемещение поршня и давление газов на поршень даны в относительных единицах.

Перемещение x/h, где h — расстояние между НМТ и ВМТ; давление p/p_max, где p_max — максимальное давление газов.

Частота вращения кривошипа n₁ = 2000 мин^-1

Частота вращения выходного вала редуктора n_вых. = 220 мин^-1

Число сателлитов k = 4

Диаметр поршня D = 0,066 м Отношение хода поршня к его диаметру h/D = 1,1 м Отношение длинны кривошипа к длине шатуна л= 0,28

Максимальное давление газов на поршень P_max =4,3 МПа Модуль зубчатых колес m = 3 мм Угол поворота кривошипа ?=690

Коэффициент неравномерности вращения кривошипа д=0,08

Угол опережения

Угол запаздывания

2. Расчет схемы редуктора

2.1 Определение передаточного отношения редуктор

U_p = U_1H? U_аб ;

Примем U_1H = 4

2.2 Разбивка передаточного отношения редуктора по ступеням

В проекте задана схема 2^х ступенчатого редуктора (рис. 4, а).

Первая ступень не планетарная, состоящая из, а и б.

Вторая ступень планетарная, состоящая из центральных колес 1 и 3, однорядного сателлита 2 и водила Н.

Первая непланетарная ступень. Вторая планетарная ступень.

2.3 Подбор чисел зубьев для первой ступени

кривошипный ползунный механизм шестизвенный Используем условие не подрезания зуба.

Z_а? 17; Z_б? 85

Принимаю Z_б = 90, находим Z_а

2.4 Подбор чисел зубьев для второй планетарной ступени

Условие, используемое при подборе чисел зубьев.

При подборе чисел зубьев планетарной передачи используется пять условий: обеспечение безопасности заданного передаточного отношения, отсутствие подрезания зуба, соостности, сборки и соседства.

Z₃ = Z₁ + 2Z₂,

где Z₁, Z₃ — числа зубьев центральных колес;

Z₂ — число зубьев сателлита (рис. 4, а).

Дано: U_1H = 5,4; k = 3.

подберем Z₃ с учетом условия Z₃? 85, а затем Z₁

Примем Z₃ = 88, тогда Z₁ = 88/4.4 = 20;

Z₁ = 20 ?17

Из условия соостности определим Z₂

Проверим условие соседства Условие соседства выполняется.

Проверим условие сборки Условие сборки выполняется.

2.5 Расчет делительных диаметров и построение схемы редуктора

; m=3

Для первой планетарной системы Для второй планетарной системы

3. Кинематическое исследование КПМ

3.1 Определение размеров звеньев КПМ

По заданному отношению h/D и диаметру D поршня определяем ход h поршня, а затем длину кривошипа

Таблица № 1

3.2 Аналитический метод определения кинематических передаточных функций скоростей

Значения приведены в табл. № 2

3.3 Определение сил действующих на поршни

Значения приведены в таб. № 2

3.4 Определение приведенного момента сил движущих

Вывод

1. Расчеты показывают, что величина переменная, что приводит к колебаниям скорости кривошипа.

2. Приводит к крутильным колебаниям, снижает мощность двигателя, понижает КПД.

3. Увеличиваются динамические нагрузки на стойку, следовательно появляется вибрация. Для устранения данного недостатка, требуется увеличить количество цилиндров двигателя. Чем больше цилиндров, тем более устойчивее и равнее работает двигатель.