Материал: Разработка механизмов двигателя внутреннего сгорания
= 88∙0,0825
= 7,26 м/c,
,
положение № 5
,
= 58∙0,0825
= 4,785 м/c,
,
положение № 6
,
= 0 рад/с
= 0∙0,0825
= 0 м/c,
,
положение № 7
,
= 53∙0,0825 =
4,3725 м/c,
,
Найденные скорости заносятся в табл. 1.3.
Таблица 1.3 - Подготовка данных для расчета на ПК
|
№ положения |
VB, м/с |
VС2, м/с |
ω2, рад/с |
VЕ, м/с |
VС4, м/с |
ω4, рад/с |
Сила F1, Н |
Сила F2, Н |
|
0 |
0 |
5,115 |
26,1 |
8,25 |
8,25 |
0 |
69892 |
0 |
|
1 |
7,26 |
7,26 |
19,58 |
6,6825 |
7,425 |
18,53 |
27296,88 |
0 |
|
2 |
8,25 |
8,25 |
0 |
0 |
5,61 |
26,1 |
6999,2 |
1399,84 |
|
3 |
3,465 |
6,8475 |
21,41 |
5,8575 |
7,6725 |
20,36 |
2799,68 |
1049,88 |
|
4 |
0 |
5,115 |
23,5 |
7,26 |
7,26 |
0 |
0 |
69892 |
|
5 |
4,29 |
6,68 |
18,54 |
4,785 |
7,5 |
19,32 |
0 |
27296,88 |
|
6 |
8,25 |
8,25 |
0 |
0 |
5,115 |
26,1 |
1399,84 |
6999,2 |
|
7 |
6,93 |
7,26 |
19,58 |
4,3725 |
18,54 |
10498,8 |
2799,68 |
|
|
8 |
0 |
5,115 |
26,1 |
8,25 |
8,25 |
0 |
69892 |
0 |
Определение значений переменной силы давления газов на поршень. Пристроим диаграмму давления к планам положений механизма. Для этого:
1) совместим начало отсчета диаграммы с началом рабочего хода звена (для двигателя внутреннего сгорания это будет верхняя мертвая точка поршня);
2) расстояние между ВМТ и НМТ поделим на 10 равных частей и пронумеруем, начиная от ВМТ, которой присваивается номер 0 (для ДВС);
) выберем высоту графика ymaxравной 100 мм, что будет соответствовать максимальному значению отношения р/рmax= 1;
4) положения
точек графика найдем по формуле 
, мм.
Значения относительного давления газа 
берутся
из таблицы 1.1;
) построенные точки соединим плавной линией.
Максимальное значение силы
0,25∙3,14∙0,1122∙7100
= 69,892 Н
Масштабный
коэффициент для силы
.
Измерим
отрезки yk, изображающие значения силы в мм в построенных
положениях механизма, вычислим эти значения: 
и
занесем в табл. 1.4. Если в данном положении поршень движется от ВМТ к НМТ, по
уkизмеряем по верхней линии, если обратно - по нижней.
Положения
№ 0 и № 8
100∙698,92
= 69892 Н.
Положение № 1
39∙699,92 =
27296,88 Н.
Положение № 2
10∙699,92 =
6999,2 Н.
Положение № 3
4∙699,92
= 2799,68 Н.
Положение № 4
0∙699,92
= 0 Н.
Положение № 5
0 Н.
Положение № 6
2∙699,92 =
1399,84 Н.
Положение № 7
15∙699,92 =
10498,8 Н.
Для определения значений силы F2 учтем, что поршень 5 отстает от поршня 3 на 2 положений.
Вычисление
приведенного момента сил. Для этого необходимо вычислить мощности всех сил
(кроме момента М, приложенного к кривошипу) по формуле
Мощность
силы давления газов 
, где знак «+» ставится при движении поршня в сторону
силы. Для ДВС - при движении от ВМТ к НМТ.
В учебном курсовом проекте допускается не учитывать мощности сил тяжести звеньев (в данном случае шатунов), если они малы по сравнению максимальной силой, действующей на поршень.
Мощность сил вычисляется для всех положений механизма.
Приведенный
момент сил для каждого положения механизма находим по формуле
= Нм,
Расчеты выполнены в Exel(рис. 1.2).
Рисунок
1.2 Диаграмма приведенного момента сил
Работа
приведенного момента сил вычислена в Exel интегрированием по формуле
трапеций (рис. 1.3)
Рисунок
1.3 Диаграмма работ приведенного момента сил и момента полезного сопротивления
Найдем изменение кинетической энергии всего механизма (машины) с маховиком ΔТ. Для учета работы момента сопротивления, который считается постоянным, удобнее вычислить ее с противоположным знаком. Тогда для построения графика -АМ соединим прямой начало и конец построенного графика работы приведенного момента сил (рис. 1.3).
Изменение
кинетической энергии всего механизма (машины) с маховиком
ΔТ = АМп + АМ
вычислено в Exel.
Вычисление
приведенного момента инерции механизма JПбез учета
вращающихся звеньев. Для каждого положения механизма находят кинетические
энергии звеньев по формулам:
для
поршня 
- поступательное движение;
для
шатуна 
+
- плоское движение,
где VС2 - скорость центра масс шатуна 2;
J2 - момент инерции шатуна относительно центральной оси.
Аналогично
для 2-го цилиндра:
+
,
Кинетические энергии кривошипа 1, маховика, колес передачи и ротора потребителя мощности вычислять не требуется, т.к. их моменты инерции входят в постоянную часть приведенного момента инерции механизма, которая не участвует в расчетах и на данном этапе неизвестна.
Затем
вычисляется кинетическая энергия механизма без учета вращающихся звеньев
Т
= Т2 + Т3+ Т4+Т5.
Приведенный
момент инерции этой части механизма находят по формуле
Вычисление
изменения кинетической энергии для переменной части приведенного момента
инерции DТV.
,
где JП,0 - значение JП в нулевом положении:
Изменение
кинетической энергии для постоянной части приведенного момента инерции DТСнайдем вычитанием DТС = DТ - DТV .
Таблица 1.4
|
№ положения |
Прив. момент сил, Мп, Нм |
Работа приведенного момента, А, Дж |
Работа момента полезного сопротивления |
Изменение кин. энергии |
|
|
|
|
(-)Ам, Дж |
Т, Дж |
|
1 |
2281,198858 |
895,3705518 |
|
|
|
2 |
664,684982 |
2051,629959 |
|
|
|
3 |
182,4560275 |
2384,132805 |
|
|
|
4 |
5840,870846 |
4748,288603 |
|
|
|
5 |
1503,517429 |
7630,961002 |
|
|
|
6 |
-132,9369964 |
8168,913821 |
|
|
|
7 |
-978,4162935 |
7732,707655 |
|
|
|
8 |
0 |
7348,67926 |
|
|
Таблица 1.5
|
Кинетич энергия поршня 3 |
Кинетич энергия поршня 5 |
Кинетич энергия шатуна 2 |
Кинетич энергия шатуна 4 |
Прив. мом. инерции |
ТV, Дж |
ТС, Дж |
|
Т3 |
Т5 |
|
|
Jп, кгм2 |
|
|
|
0 |
102,09375 |
49,7342813 |
85,078125 |
0,062781743 |
0 |
0 |
|
79,0614 |
66,98370938 |
75,46891 |
77,4973038 |
0,079240035 |
62,1051669 |
-85,32 |
|
102,09375 |
0 |
85,078125 |
56,370375 |
0,064540353 |
6,63609375 |
207,824 |
|
18,0093375 |
51,46545938 |
70,0700228 |
83,9473103 |
0,059226935 |
-13,4140263 |
-358,21 |
|
0 |
79,0614 |
46,5102813 |
65,8845 |
0,050737191 |
-45,449975 |
1119,4 |
|
27,60615 |
34,3443375 |
64,37129 |
79,64406 |
0,054582348 |
-30,9403188 |
3068,98 |
|
102,09375 |
0 |
85,078125 |
49,7342813 |
0,062781743 |
0 |
2657,4 |
|
72,03735 |
28,67813438 |
75,46891 |
64,4130478 |
0,063759959 |
3,69128594 |
1298,92 |
|
0 |
102,09375 |
49,7342813 |
85,078125 |
0,062781743 |
0 |
0 |
Расчет момента инерции маховика. Постоянная часть приведенного момента
инерции определяется по формуле
где наибольшее и наименьшее значения DТС выбираются из последнего столбца таблицы.
Передаточное
отношение передачи
2,07.
Момент инерции маховика получается вычитанием из найденного значения моментов инерции кривошипа, минимального значения момента инерции JП min из столбца таблицы JП, а также момента инерции потребителя мощности, приведенного к кривошипу:
2,6104
кгм2
Проектирование
маховика в виде обода. Примем предварительно радиус маховика R =
0,2 м. Проверим выполнение условия ограничения его окружной скорости (скорости
точек на ободе):
100 м/с
для стального маховика.
Плотность стали r = 7,8 ×103 кг/м3.
Высота
профиля обода маховикаbвыбирается исходя из условия 
, при выполнении которого момент инерции маховика
можно приближенно вычислять по формуле для обода.
Примем
= 0,0416
м.
Ширина
профиля обода маховика находится из формулы
= 
= 0,0823
м.
Определение
мощности двигателя. Среднее значение момента М, приложенного к кривошипу 1
=
1170,1719 Нм
где А8- работа приведенного момента в 8-м положении.
Мощность
двигателя (без учета потерь на вредное сопротивление) найдем по формуле
86,87
1170,1719
= 101652,8330 Вт = 101,653 кВт.
.
КИНЕТОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (СИЛОВОЙ РАСЧЕТ) МЕХАНИЗМА ДВС
Задание. Определить усилия в кинематических парах механизма и момент, приложенный к кривошипу.
Исходные данные - см. лист 1.
Номер положения механизма для силового расчета 1.
. Структурный анализ механизма
ВВП
ВВП
Рисунок 2.1 - Структурный анализ механизма
Число избыточных связей можно определить по формуле Чебышева:
W = 1− число степеней свободы механизма;
n = 5 - число подвижных звеньев;
рн = 7- число высших (поступательных и вращательных) кинематических пар;
рв =0 − число высших пар ( второго рода).
.
Избыточных связей нет. Произведем структурный анализ мезанизма (рис. 2.1).
Таким образом, кривошипно-ползунный механизм состоит из механизма 1-го класса и двух структурных групп 2-го класса, 2-го порядка вида ВВП. Класс механизма - 2.
2. Построим план механизма (кинематическую схему) в заданном положении и нанесем действующие силы F1, F2 и момент М, приложенный к кривошипу (уравновешивающий момент). Силами тяжести звеньев пренебрегаем.