Федеральное агентство морского и речного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» (ФГБОУ ВО «ВГУВТ») Каспийский институт морского и речного транспорта филиал ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Факультет высшего образования Кафедра:МиЕНД____________________________ Специальность: 26.05.06 ЭСЭУ________________ Дисциплина: ТММ__________________________ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА) Вариант №7 «Анализ и расчет механизмов» Тема курсового проекта (работы) Руководитель проекта : Хачатурян А.М._______________ Курсовой проект (работу) выполнил студент группы ЗСМ - 21 Прокофьев А. В. Ф.И.О. ____________ _________ Подпись Дата (ученая степень, звание; Ф.И.О.) _______________ ____________ Подпись Члены комиссии: _____________ ( Подпись _____________ ( Подпись Дата .) Ф.И.О. .) Ф.И.О Допущен к защите Заслуженная оценка при защите «___» _________2024 г. «______________________» Астрахань 2024 г ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение. 2. Кривошипно-ползунный механизм. 3. Структурное исследование механизма. 4. Построение планов положений и скоростей. 5. Построение плана ускорений. 6. Силовой расчет механизма. 7. Рычаг Жуковского. 8. Кулачковый механизм. 9. Построение диаграмм S”(φ), S’(φ) и S(φ). 10. Определение минимального радиуса кулачка. 11. Построение профиля кулачка. 12 . Литература. 1. ВВЕДЕНИЕ 2. Кривошипно-ползунный механизм. Рис.1 Схема кривошипно-ползунного механизма:1-кривошип (коленчатый вал); 2-шатун;3- ползун(поршень); 4-стойка. Объектом исследования является двухтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В курсовой работе исследованию подлежит кривошипно-ползунный и кулачковый механизмы. Кривошипно-ползунный механизм служит для преобразования возвратно поступательного перемещения поршня 3 во вращательное движение кривошипа 1 (Рис.1). Для управления клапанами двигателя применяется кулачковый механизм (Рис. 2), который служит для преобразования вращательного движения кулачка в поступательное движение клапана. Кривошипно-ползунный механизм. Исходные данные: - частота вращения коленчатого вала, - длина кривошипа м; - длина шатуна м; об/мин; - диаметр поршня D=60мм; - масса поршня m=4кг; - погонный вес шатуна q=150 Н/м; - максимальное давление газа Мпа; - заданный угол положения кривошипа . 3. Структурное исследование механизма. По формуле Чебышева определяем степень свободы механизма , где n=3-число подвижных звеньев(кривошип АВ , шатун ВС, ползун С); pн=4 число кинематических пар 5-го класса (А(0;1),В(1;2),С(2;3), С(3;0)). Определяем класс и порядок механизма. Для этого разделим механизм на группы Ассура. Ведущее звено 1 и стойка 0- механизм Ι класса. Двух поводковая группа Ассура (2,3) -- второго порядка. Ι(0,1)-----ΙΙ(2,3) В целом рассматриваемый механизм ΙΙ класса. 4. Построение планов положений и скоростей. Для построения плана положений определяем длину хода поршня . Строим план положений механизма в масштабе (рис. 1 Пр. 1): м/мм. где AB=50мм – отрезок, изображающий принимается произвольно, тогда на чертеже кривошип; мм. По заданному углу положения кривошипа методом засечек находим положение поршня. Определяем положение поршня в крайних точках. Для построения плана скоростей необходимы следующие уравнения. 1) 2) 3) ; ; 4) ; 5) 6) рад/с, 7) где: – скорость точки В кривошипа; ползуна(шатуна); – скорость точки С – скорость точки С шатуна относительно точки В шатуна; точки центра масс шатуна. Строим план скоростей в масштабе –скорость по уравнениям (1-7); (рис. 2 Пр. 1). ; где (pb) = 40 мм – отрезок, изображающий скорость точки B на чертеже; принимается произвольно. На отрезке (cb) плана скоростей находим точку и соединяем её с полюсом P. Замеряем отрезки на планах скоростей и умножаем их на масштабный коэффициент находим все скорости точек и мгновенную угловую скорость шатуна, которую находим по формуле: Результаты расчёта скоростей: м/с; м/с; м/с; Угловая скорость шатуна рад/с. 5. Построение плана ускорений. Для заданного угла построены планы положения и скоростей рычажного механизма (рис.1,2 Пр.1), соответственно в масштабе м/мм и . Запишем уравнения, необходимы для построения плана ускорений, при : 1) 2) 3) 5) 6) 9) 10) 4) 7) 8) Вычисляем ускорения, используя отрезки из построенного плана ускорений 11) ; ; 12) ; 13) ; 14) . где: - ускорение точки; - центра масс шатуна; - нормальное ускорение точки В кривошипа; - ускорение точки С ползуна(шатуна); - ускорение точки С шатуна (ползуна) относительно точки В шатуна; - тангенциальная составляющая ускорение точки С шатуна (ползуна) относительно точки В шатуна; – нормальнаясоставляющая ускорение точки С шатуна (ползуна) относительно точки В шатуна; - угловое ускорение кривошипа; угловое ускорение шатуна. Перед построением находим: ; ; . После построения плана ускорений, находим все ускорения: ; ; ; ; . 6. Силовой расчет механизма. Определение реакций в кинематических парах. Вычерчиваем структурную группу Ассура(2-3) «шатун-поршень» (Рис. 4 Пр.1) и изображаем все силы действующие на нее. Найдем силы инерции шатуна шатуна .Силу и момент и поршня , моменты от сил инерции заменяем одной силой, перенеся линию действия силы параллельно на расстояние в зависимости от направления момента . Определяемрасстояние из формул: ; кг. ; ; . Где момент инерции шатуна относительно оси проходящей через точку S2 и перпендикулярную плоскости действия механизма. С помощью масштабного коэффициента мм. определяем величину (hК) на плане механизма Направление переноса силы определяем так, чтобы не изменялось направление действия момента . Модуль силы инерции поршня равен Силу , действующую на поршень в цилиндре находим по давлению газа и площади поршня. Для положения кривошипа из плана механизма находим . С помощью индикаторной диаграммы (таб. 1) находим: Таблица 1. Зависимость давления газа в цилиндре карбюраторного двигателя от перемещения поршня (индикаторная диаграмма). Перемещ Давление газа (в долях Рmаx), Рi/Pmax ение поршня (в долях хода) (Si/H). Впуск Сжатие Расширение Выпуск 1 2 3 4 5 0 0,01 0,46 0,46 0,01 0,05 0 0,3 0,9 0,01 0,075 -0,01 0,27 1,0 0,01 0,1 -0,01 0,24 0,85 0,01 0,2 -0,01 0,16 0,53 0,01 0,3 -0,01 0,09 0,39 0,01 0,4 -0,01 0,06 0,31 0,01 0,5 -0,01 0,04 0,25 0,01 0,6 -0,01 0,02 0,20 0,01 0,7 -0,01 0,01 0,16 0,01 0,8 -0,01 0,01 0,11 0,01 0,9 -0,01 0 0,09 0,01 1,0 -0,01 -0,01 0,05 0,05 которому соответствует или . Тогда . Составляем векторное уравнение равновесия для структурной группы Ассура (весами поршня и шатуна пренебрегаем): , соответственно нормальная и касательная составляющие где реакции кривошипа на шатун, реакция стойки на поршень (Рис.4 Пр.1). Для нахождения неизвестных строим план сил в масштабе , где отрезок (ab) отображающий на плане сил равный 2 мм выбираем произвольно. Для построения плана сил известные силы отображаем в виде отрезков: ; ; . Касательную составляющую реакции находим из уравнения суммы моментов относительно точки С (Рис.4 Пр.1): ; , откуда находим Строим план сил (Рис.5 Пр.1). Из плана сил находим неизвестные силы по соответствующим отрезкам: ; ; ; ; . Составляем векторное уравнение суммы сил, действующих на поршень. (Рис.6 Пр.1). Рассмотрим поршень отдельно (весом поршня пренебрегаем) . Строим план сил (Рис. 7 Пр.1) для нахождения . Из плана сил находим: ; . Рассмотрим структурную группу «стойка-кривошип» (Рис.7 Пр.1) и найдём уравновешенную силу (Рис. 8 Пр.1).С учётом приравняем нулю сумму моментов относительно точки A всех действующих на кривошип сил: ; , откуда находим . Построим план сил и найдём реакцию отображающий на плане сил (Рис 9 Пр. 1). Отрезок (cb) равен . Составляем векторное уравнение суммы сил, действующих на кривошип(Рис. 8 Пр. 1). . Откуда находим , . 7. Рычаг Жуковского. С помощью рычага Жуковского определяем и сравниваем с , полученным методомкинетостатики. Совпадение должно быть в пределах ошибки построения (10%). Строим повернутый на план скоростей (Рис.10 ПР. 1). В соответствующих точках планаскоростей прикладываем внешние силы и моменты, силы и моменты инерции звеньев, атакже уравновешивающую силу (весами поршня, шатуна и кривошипа пренебрегаем). Приравниваем сумму моментов всех действующих сил относительно полюса Рнулю или , . Получили совпадение в пределах ошибки построения. 8. Кулачковый механизм. Необходимо спроектировать профиль плоского кулачка кулачкового механизма с возвратно-поступательно перемещающимся толкателем с роликом. Заданы: закон движения толкателя, ход Нк толкателя, фазовые углы и угол давления αmax. Исходные данные ( Рис. 2 и таблица 3): - ход толкателя = 12 мм; - угол давления : - закон движения толкателя - а; - угол верхнего выстоя ; - угол удаления (сближения) кулачка . Рис. 2 Схема кулачкового механизма ( Рис. 2а 1--кулачок, 2-- толкатель, 3-ролик,4-- стойка; Рис. 2б -закон движения толкателя). Схема кулачкового механизма и закон движения толкателя: 1 – кулачок; 2 – толкатель; 3 – ролик; 4 – стойка. 9. Построение диаграмм S”(φ), S’(φ) и S(φ). Строим график ускорения (Рис. 1 Пр. 2) в произвольном масштабе (ОМ=80 мм), отложив по оси абсцисс угол удаления . Рабочий угол профиля кулачка равен Находим масштабный коэффициент оси абсцисс ( , ) , где ОМ = 80 мм – длина отрезка на оси абсцисс, условно равная углу φу, выбираем произвольно. График скорости и пути строим (Рис. 1 Пр. 2) методом графического интегрирования исходной зависимости S”(φ). Находим масштабные коэффициенты, определяемые по формулам: , где – измеряем из графика перемещения толкателя S=S(φ). ; , где ро=Н=30 мм – длина отрезка, принимаемая при графическом интегрировании( выбираем произвольно). 10. Определение минимального радиуса кулачка. Для определения минимального радиуса кулачка необходимо построить график зависимости скорости от пути S’= S’(S), (Рис. 2 Пр. 2) Причем данный график строим повернутым, а масштабные коэффициенты по обеим осям этого графика должны быть равны, то есть . По вертикальной оси откладываем ход толкателя, беря ординаты из имеющегося графика S(φ) толкателя. 1--1", 2--2", 3--3", 4--4", 5--5", 6--6", 7--7", 8--8". По горизонтальной оси откладываем ординаты, взятые из графика S’(φ). Для равенства масштабных коэффициентов необходимо найти истинное значение скорости толкателя, а затем ее отложить в масштабе μsна строящемся графике S’(S). То есть ординаты yrs’iнаходим из выражения: , где - ордината из графика S'(φ) ; ; ; ; ; ; ; ; – масштабный коэффициент из графика S(φ); , , , , , , , . Для рассматриваемого примера искомый график представлен ( Рис. 2 Пр. 2). Если вращение кулачка происходит по часовой стрелке, то ординаты yrs’i откладываются вправо от вертикальной оси, если против часовой стрелки – наоборот. К полученной зависимости проводим касательную под углом αmax= и получаем точку В на оси ординат. Расстояние от точки О до точки B и является минимальным радиусом кулачка в масштабе чертежа. Истинный радиус кулачка определяется по формуле: м. Исходя из конструктивных соображений принимаем минимальный радиус кулачка равным Rmin=8 мм. 11. Построение профиля кулачка. Применим метод обращения движения. Придадим всему механизму условно угловую скорость (- ωк), где ωкугловая скорость кулачка. Тогда кулачек будет неподвижным, а толкатель будет вращаться вокруг кулачка с угловой скоростью (- ωк). Из произвольной точки проводим окружность минимального радиуса ( Рис. 3 Пр.2) в масштабе , где 30 мм произвольный отрезок отображающий радиус Rmin. На окружности отмечаем фазовые углы φу, φc, φвс, φбв. Угол φуделим лучами на количество одинаковых углов, равное количеству отрезков на оси абсцисс графика S(φ). Лучи пересекаются с окружностью минимального радиуса в точках 0,1,2,3,4,5,6,7,8. От образовавшихся точек по лучам откладываем ординаты1--1", 2--2", 3-3", 4--4", 5--5", 6--6", 7--7", 8--8", взятые из графика S(φ) в соответствующем масштабе. Масштабный коэффициент при построении профиля кулачка принимается равным масштабному коэффициенту диаграммы S(φ) или другим, в зависимости от места на формате чертежа. ; , , , , , , , , Соединяем образовавшиеся точки , и получаем центровойпрофиль на угле удаления (на угле сближения профиль получаем зеркальным отображением). На углах дальнего и ближнего выстоя проводим дуги постоянного радиуса. В соответствующем масштабе из точек центрового профиля проводим окружности радиусом ролика толкателя . Радиус ролика . (чертим в масштабе ). Проводим внутреннюю линию, огибающую роликовые окружности и получаем действительный профиль кулачка. 12. Литература. 1. Фролов К. В., Попов С. А., Мусатов А. К. и др. «Теория механизмов и механика машин»: Учебник для вузов 2-е изд. – М: ВШ, 1998. -496с. 2. Артоболевский И. И. «ТММ. Учебник для вузов»- 4-е изд. М, Наука 1998.-640с. 3. Абрамов Б. М. «Типовые задачи по теории механизмов и машин.» Харьков, ВШ, Изд. Х. Университета, 1976.-208с. 4. Попов С. А., «Курсовое проектирование по ТММ» М., ВШ, 1999.
