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; l2 – длина 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.
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).
Р и с. 3.2. Синтез кривошипно-ползунного механизма по углу давления
|
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.
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 р i в данном положении.
Давление р i (МПа) определяется путем измерения соответствующей ординаты Y i в мм на диаграмме с учетом масштабного коэффициента mр МПа/мм: р i= 
Y i.
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.
Воспользуйтесь поиском по сайту:
