Проектування важільного механізму чотиритактного двоциліндрового двигуна та його кінематичний і силовий аналіз. Проектування кулачкового механізму і синтез зубчастої передачі та планетарного редуктора
а - важільний механізм; б- індикаторна діаграма двигуна (фази індикаторної діаграми: rа- всмоктування; ас- стиснення; сz - згорання палива; zb- розширення; br- вихлоп)
в - схема планетарного ступеня коробки передач;
г - схема зубчастої передачі;
д- схема кулачкового механізму привода впускного клапана;
е - закон зміни аналога прискорень штовхача кулачкового механізму
Рисунок 1 – Двоциліндровий чотиритактний двигун внутрішнього згорання
Таблиця Числові значення
Параметри | Позначення | числові значення
2
Розміри ланок важільного механізму lАS2=lАS4=lАS/3, м | lOA | 0,05
lАВ=lAC | 0,17
Частота обертання колінчастого вала 1 і кулачка, об/хв. | N1=2nk | 5200
Маси ланок, кг | m2=m4 | 0,34
m3=m5 | 0,34
Моменти інерції ланок, кг•м2 | IS1 | 0,007
IS2=IS4 | 0,002
Максимальний тиск в циліндрах двигуна, МПа | Р1макс | 3,5
Діаметри циліндрів, м | d | 0,06
Коефіцієнт нерівномірності обертання колінчастого вала | д | 0,06
Положення кривошипа 1 при силовому розрахунку, град | - | друге
Передаточне відношення планетарного механізму | u1Н | 4
Модуль коліс планетарного механізму, мм | m1 | 3
Число зубів коліс
передачі, мм | za | 10
zb | 20
Модуль коліс передачі, мм | m | 8
Хід штовхача кулачкового механізму, мм | h | 7
цп=ц0 | 57
Маса штовхача, кг | mш | 0,40
Продовження таблиці 1
Переміщення поршня (в долях ходу Н), s/H | 0,0 | 0,025 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1
Тиск газу, Р/Рмакс | Всмоктування | 0,01 | 0 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | -0,01
Стиск | 0,29 | 0,23 | 0,20 | 0,16 | 0,10 | 0,06 | 0,04 | 0,03 | 0,14 | 0,007 | 0 | -0,005 | -0,01
Розширення | 0,29 | 1,0 | 0,9 | 0,7 | 0,5 | 0,36 | 0,29 | 0,24 | 0,19 | 0,17 | 0,14 | 0,12 | 0,05
Випуск | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,05
Кінематичний і динамічний аналіз механізму
1.1Структурний аналіз механізму. Опис ланок та кінематичних пар
Механізм складається з 5 ланок: 1- кривошип, 2 і 4 - шатуни, 3 і 5 – повзуни.
Ланки механізму утворюють між собою наступні кінематичні пари:
O(0-1) - обертальну, 5-го класу, нижчу;
А(1-2) - обертальну, 5-го класу, нижчу;
С(1-4) – обертальну, 5-го класу, нижчу;
В (2-3) - обертальну, 5-го класу, нижчу;
В 0 (3-0) - поступальну, 5-го класу, нижчу.
D (4-5) - обертальну, 5-го класу, нижчу;
D 0 (5-0) - поступальну, 5-го класу, нижчу.
Механізм утворений приєднанням до кривошипа 1 шатунів 2 і 4, які утворюють з ним обертальні кінематичні пари (точки А і С). До шатунів 2 і 4 приєднуються повзуни 3 і 5 відповідно, утворюючи обертальні кінематичні пари (точка В і D) і рухаються поступально вздовж нерухомої напрямної, утворюючи поступальну кінематичну пару (точки В0 і D0)
1.2 Виділення структурних груп та визначення ступеня вільності механізму
Визначаємо число ступіней вільності за формулою:
де: n – кількість рухомих ланок;
Р5 – кількість пар 5-го класу; Р4 – кількість пар 4-го класу.
Оскільки W=1, то це означає, що механізм повинен мати одну вхідну ланку. За вхідну ланку приймаємо ланку 1, що зумовлено тим, що ланка приводиться в обертовий рух від двигуна.
Рисунок Структурний аналіз механізму
Далі механізм розбиваємо на структурні групи. Першу структурну групу в порядку від’єднання від механізму утворюють ланки 4 і 5,.а другу – ланки 2 і 3. Таким чином механізм складається із нерухомих ланок 0 і вхідної – 1, а також двох структурних груп.
Так як W = 1, то це означає, що механізм має один початковий механізм. За початковий механізм вибираємо кривошип ОА, що зумовлено тим, що ця ланка приводиться в обертальний рух від електродвигуна. Далі розбиваємо механізм на структурні групи (рисунок .1). Першу структурну групу в порядку від’єднання, утворюють ланки 4 і 5, другу ланки – 2 і 3. Структурні групи відносяться по класифікації І. Артоболевського до 2 (ланка 4-5) і 3 (ланка2-3) класу. Таким чином механізм складається із нерухомого стояка 0, вхідної ланки і двох структурних груп другого і третього класу. А тому цей механізм відноситься до третього класу по класифікації І. Артоболевського.
Формула будови механізму: І(1) ІІ(2,3)ІІ(4,5), де І- механізм першого класу, ІІ- структурна група другого класу. Номери ланок, що утворюють механізм першого класу (ланка 1) або структурні групи (ланки 2,3 і 4, 5) вказані в дужках.
1.3 Побудова плану положень механізму і графіку сили корисного опору механізму
Побудову положень ланок (планів) механізму 2-ого класу виконаємо методом засічок. Для побудови плану положень визначаємо масштабний коефіцієнт. Вибираємо масштабний коефіцієнт: , що відповідає стандартному масштабові М :1.
Визначаємо довжини відрізків, які визначають відповідні ланки на плані механізму:
Вибираємо положення нерухомої точки О і радіусом LOA проводимо коло. Крайнім положення механізму буде положення коли кривошип ОА і шатун АВ накладаються. З точки А відкладаємо відрізок АС по прямій ОА, що проходить через нерухому точку О. З точки С проводимо дугу радіусом СD до перетину з горизонтальною прямою. Отримуємо точку
