Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма




В курсовом проекте предлагается анализ четырех схем кривошипно-ползунных механизмов, представленных на рис. 3.1.

На рис. 3.1 приняты следующие обозначения: N – номер схемы кривошипно-ползунного 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; l2длина шатуна АВ; е – эксцентриситет (смещение); S – ход ползуна В; – углы, образованные кривошипом 1 и шатуном 2 с осью X, отсчитываются от положительного направления оси Х против часовой стрелки.

               
   
N=3 a=-1
   
N=1 a=1
 
y
     
 
 

 


B
S
l2
e
S2
x
A
j1
y
y
x
O
l1
j1
A
j2
S2
e
l2
B
S
N=2 a=1
N=4 a=-1
x
O
e
O
S2
j1
x
l1
l2
S
S
e
j2
B
B
S2
l2
l1
l1
j1
j2
A
A
O

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 [J].

Решение:

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

 
 
B1


A
A1
B2
[J]
A2
S
B
O

 

Р и с. 3.2. Синтез кривошипно-ползунного механизма по углу давления

 

e
l2
S
B1
B2
C
A1
l1
A2

 

 

Р и с. 3.3. Синтез кривошипно-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 l=l1/l2; отношение эксцентриситета к длине кривошипа .



Решение:

Длина шатуна l2, (м);

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.

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, с. 68-78].

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

 

Таблица 3.1

Начальное положение кривошипа

Номер схемы механизма по рис. 1 Угол при эксцентриситете, рад
  N=1
  N=2 -arcsin
  N=3
  N=4

 

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 кривошипно-ползунного 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 какого-либо 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).

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


Таблица 3.2

Алгоритм расчёта кинематических параметров кривошипно-ползунного механизма

Расчётные параметры Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис.3.1 Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Функции положений    
Аналоги линейных и угловых скоростей и ускорений  

Окончание табл. 3.2

Расчётные параметры Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис.3.1 Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Истинные линейные и угловые скорости и ускорения

 

П р 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.


               
   
ВМТ
 
P, МПа
   
 


A
w1
Sв
В
Сжатие
y2
НМТ
S
Расширение
O

 

 

Р и с. 3.4. Обработка механической характеристики

 

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.


Таблица 3.3

Алгоритм силового расчёта кривошипно-ползунного механизма

Объект расчёта Расчётные параметры Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 3.1 Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Группа Ассура (2 – 3) Силы тяжести, Н
Силы инерции, Н
Величины реакций в кинематических парах, Н  

 

Окончание табл. 3.3

Объект расчёта Расчётные параметры Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 3.1 Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Группа Ассура (2 – 3) Направление реакций
Звено 1 (механизм I класса) Уравновешивающая сила, Н
Величина и направление реакций, Н
Уравнове-шивающий момент, Н∙м

Для обработки индикаторную диаграмму следует построить с таким же масштабом перемещения ms, 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 Yiв мм на диаграмме с учетом масштабного коэффициента mр МПа/мм: рi= Yi .

Движущая сила, действующая на поршень Fд(i), Н, будет равна

Fд(i)= , (3.1)

где D – диаметр поршня, мм.

В результате обработки механической характеристики определяются значения движущей силы или силы полезного сопротивления для всех 12 положений механизма. При этом следует учитывать, что знаки сил должны соответствовать принятой правой системе координат.

 





©2015- 2017 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов.