Курсовая работа (т): Автомобиль с четырёхтактным двигателем внутреннего сгорания

Для определения значения движущих сил для всех рассматриваемых положений механизма, необходимо произвести графическую обработку индикаторной диаграммы. Давление рi (МПа) на поршень в i-том положении определим путем измерения соответствующей ординаты y  в мм на диаграмме с учетом масштабного коэффициента давлений mp=0,025 МПа/мм.

рi=mpЧyi                                                                                       (32)

Движущая сила, действующая на поршень Fi, Н будет равна:

= рiЧpЧD2/4,                                                                                 (33)

где D - диаметр поршня, мм.

Результаты расчета сведены в таблицу №2. Знак (+) показывает, что сила направлена вверх.

По результатам таблицы №2 строим диаграмму движущих сил F∂=F∂(ц) в масштабе мF=22608/125=180,86 Н/мм

.2 Силовой расчет группы Ассура второго класса

Для выполнения силового расчёта необходимо знать значения сил, действующих на звенья механизма: силы тяжести, движущие силы и силы инерции этих звеньев. Силовой расчёт будем вести для второго положения кривошипно-ползунного механизма. От механизма, начиная с исполнительного звена (ползуна), отсоединяется группа Ассура, а точки разрыва этой группы заменяются реакциями.

.2.1 Определение сил инерции

Модули сил инерции звеньев определяем по формуле:

Фi=miЧai                                                                                        (34)

где mi-масса i-го звена, кг;ускорение центра масс i-го звена, м/с2 .

Подставив числовые значения, получим:

Фս2=1,73·746,55= 1291,53 Н;

Фս3=0,519Ч393,69=204,32 Н

Направления сил инерции противоположны направлениям соответствующих ускорений. Направление момента сил инерции противоположно угловому ускорению шатуна e2. Момент сил инерции шатуна определяется по формуле:

Ф2=IS2Чe2                                                                           (35)

Ф2=0,00880Ч5159,18= 45,4 НЧм

Систему сил инерции шатуна, т.е. главный вектор сил инерции Ф2, приложенный в центре масс, и момент сил инерции МФ2 относительно центра масс, приводим к одной силе Ф2 приложенной в некоторой точке K. Расстояние между линиями действия силы инерции и приведенной силой вычисляется по формуле:

                                                                                        (36)

=45,4/1291,53Ч 0,00054= 65 мм

Направление приведенной силы совпадает с направлением силы инерции, а направление момента приведенной силы относительно точки S2 совпадает с направлением момента MФ2.

.2.2 Определение сил тяжести

Силы тяжести определяем по формуле:

=miЧ g                                                                                            (37)

где mi-масса i-го звена , g-ускорение силы тяжести.

Подставив числовые значения, получим:=1,73Ч9,81=16,97 Н;=0,519Ч9,81=5,09 Н.

.2.3 Определение реакций в кинематических парах

Определение реакций в кинематических парах начинаем с рассмотрения равновесия группы Ассура (2-3).

На звенья этой группы действуют силы: движущая сила Fд, силы тяжести G3, G2, результирующие силы инерции Ф3, Ф2, реакция R03, заменяющая действие стойки 0 на ползун 3 и реакция R12 заменяющая действие кривошипа 1 на шатун 2.

Силы, приложенные в точке B, приводим к одной силе F3.Величину этой силы определяем по формуле:

                                                                             (38)

= - 204,32 - 5,09 + 11455=11245,59 Н

Знак (+) показывает, что сила F3 направлена вверх.

Условие равновесия группы (2-3) выражается следующим образом:

++++=0                                                                                         (39)

Реакцию R12 раскладываем на две составляющие: R  - действующая вдоль оси звена AB  и  R  - перпендикулярно звену AB.

Составляющую R  определяем из уравнения суммы моментов всех внешних сил относительно точки B, действующих на шатун AB.

Применительно к рассматриваемой схеме механизма это уравнение можно записать так:

Ч l2-Ф2Чh1-G2Чh2=0                                                          (40)

откуда

=(Ф2Чh1+G2Чh2)/l2                                                                      (41)

= (1291,53Ч250+16,97Ч42)/320= 1011,23 Н.

План сил (42) строим в масштабе: mF=11245,59/160=70,28 Н/мм.ф12=1011,23/70,28=14 мм; F3+G2=(11245,59+16,97)/70,28=160 мм; Ф2=1291,53/70,28=18 мм.

Из произвольной точки Р последовательно откладываем вектора R , F3+G2, Ф2. Через конечную точку вектора Ф2 проводим линию действия реакции R03 , а через начальную точку вектора R - линию действия силы R . Получим точку пересечения. Соединив конечную точку вектора Ф2 с точкой пересечения, получим вектор R03. Соединив точку пересечения с конечной точкой вектора R , получим вектор R12. Умножив соответствующие длины на масштабный коэффициент, получим:R03=31Ч70,28=-2178,68H; R12=155Ч70,28=10893,4H;  R =156Ч70,28=10963,68Н

По результатам расчета программы ТММ1 строим годограф реакции R12 в масштабе mR= 20018,02/150=133,45  Н/мм.

Если в каждом из двенадцати положений ползуна отложить вектор R03 и соединить их конечные точки плавной кривой, то получим годограф реакции R03.

По результатам расчета программы ТММ1 строим годограф реакции R03=R03(SB) в масштабе mR=2259,74/70=32,28Н/мм, mS=0,174/320=0,00054 м/мм.

Реакция R32 в паре шатун - ползун определяем из условия равновесия ползуна:

++=0                                                                                            (42)

и равенства:

                                                                                        (43)

или

                                                                                                    (44)

Тогда

X =R03 =-2178,68 H,Y =F3 =11245,59 H;

₃₂=                                                                              (45)

= =11454,69 Н=11454,69 Н

По результатам расчета программы ТММ1 строим диаграмму реакции R32=R32(j1) в масштабе: mR=21948,57/190= 115,52 Н/мм.

.3 Силовой расчет механизма 1 класса

К кривошипу приложена сила тяжести G1, известная реакция  . Неизвестная по значению и направлению реакция R01 .

Чтобы кривошип мог совершать вращение по заданному закону, к нему со стороны отделенной части машинного агрегата должна быть приложена реактивная нагрузка в виде уравновешивающей силы Fy.

Допустим, что неизвестная по модулю уравновешивающая сила приложена перпендикулярно кривошипу в точке А.

.3.1 Определение сил тяжести

Силу тяжести кривошипа определяем по формуле:

=m1Чg                                                                                            (46)

где m1 - масса кривошипа;- ускорение силы тяжести.=3,46Ч9,81=33,94 Н;

.3.2 Определение реакций в кинематических парах

Реакция R01 в паре кривошип-стойка и уравновешивающий момент My определяем из условия равновесия кривошипа ОА:

=0                                                                                  (47)

Силу Fy находим из условия:

Ч l1 -R21Чh3=0                                                                    (48)

Откуда      =R21Чh3/l1                                                                                    (49)

=10893,4Ч71/74=10451,77Н

План сил строим в масштабе: mF=10893,4/100=108,93  Н/мм.=10893,4/108,93=100 мм; G1=33,94/108,93=0,3 мм.

Из произвольной точки последовательно откладываем вектора R21, G1. Соединив конечную точку вектора G1 с начальной точкой вектора R21,  получим вектор R01. Отложив из конца вектора G1 линию действия силы Rn01, а из начала вектора R21 линию действия силы Rф01, получим точку пересечения этих линий. Соединив начальную точку вектора R21 с точкой пересечения, получим вектор Rф01.. Соединив конечную точку вектора G1 с точкой пересечения, получим вектор Rn01. Умножив полученную длину на масштабный коэффициент, получим: R01=108,93*100 =10893 Н, Rф01=108,93*=10524,48 Н, Rn01=108,93*   =2740,75 Н .

По результатам расчета программы ТММ1 строим диаграмму реакции R01=R01(j1 ) в масштабе mR=мR03 =21948,57/190= 115,52Н/мм.

Уравновешивающий момент My определяется по формуле:

=FyЧl1                                                                                            (50)

=10451,77Ч0,04=418,07НЧм

По результатам расчета программы ТММ1 строим диаграмму уравновешивающего момента Mу=Mу(j1 ) в масштабе: mM=423,98/75=5,65 НЧм/мм.

.4 Рычаг Жуковского

С целью проверки правильности силового расчета механизма уравновешивающий момент My определяем с помощью рычага Жуковского.

На план скоростей, предварительно повёрнутый на 90 градусов вокруг полюса, в соответствующие точки переносим все заданные силы, включая силы инерции и уравновешиващую силу Fy. Из условия равновесия плана скоростей, как рычага, определяем уравновешивающую силу Fy,  прикладывая ее в точке a, считая ее как бы приложенной в точке A кривошипа, и направляем перпендикулярно линии кривошипа ОА.

Таким образом:

Откуда:

Fy=(Ф2Чh4+G2Чh5-F ЧPb) /Pa                                                     (52)

=( 1291,53Ч16+ 16,97Ч63 - 11245,59Ч98 )/100=10803,34 Н

Определяем величину уравновешивающего момента:

=F Чl                                                                                               (53)

=10803,34Ч0,04=432,13 НЧм

Таблица № 3 Относительная погрешность вычислений

4. Динамический расчет

.1 Определение приведенных моментов сил

Приведенный момент движущих сил М , приложенный к звену приведения, определяется из условия равенства мгновенных мощностей. Мощность, развиваемая М , равна сумме мощностей, развиваемых силами и моментами сил, действующих на звенья машинного агрегата. Так, для кривошипно-ползунного механизма с вертикальным движением ползуна, когда в качестве звена приведения принимается вал кривошипа, приведенный момент движущих сил и сил тяжести равен:

М =(F ЧV Чcos(F ^VB)+G ЧV Чcos(G ^V )+

+G ЧV Чcos(G ^V ))/(-w)                                                               (54)

После подстановки числовых данных получим:

М =(11455Ч6,2Ч1+5,09Ч6,2Ч1+16,97Ч6,14Ч0,631)/(-160)=-444,49 НЧм

Приведенный момент сил сопротивления M   в дальнейшем предполагается постоянным по величине, т. е. M =const, и находится из условия равенства работ движущих сил и сил сопротивления за цикл установившегося движения.

По распечатке ТММ1 строим диаграмму M =M (ц) приведенных моментов движущих сил и сил тяжести в функции угла поворота j звена приведения. Принимаем масштаб моментов равным mM=423,98/75=5,65 НЧм/мм, а масштаб углов поворота звена приведения: mj=0,021 рад/мм. Находим масштабный коэффициент работ: mA=630,68/112=5,6 Дж/мм

.2 Определение кинетической энергии звеньев

Вычитая из ординат диаграммы Aд=Aд(j) соответствующие ординаты диаграммы Aс=Aс(j), и откладывая разность на соответствующих ординатах, получаем график DT=DT(j) масштаб диаграммы mT =442,82/79=5,6Дж/мм.

Определяем приращения кинетической энергии всей машины вместе с маховиком

=Aдi - Aci                                                                             (55)

=-348,95+81,91=-267,04Дж

Кинетическую энергию звеньев механизма определяем по формуле:

=(m₂×V)/2+(m₃×V)/2+(I_S2×w)/2                                                               (56)

=(1,73Ч6,142)/2+(0,519Ч6,22)/2+(0,0088Ч18,882)/2=44,15 Дж

Приведенный момент инерции определяем по формуле:

=2ЧT / w                                                                                         (57)

=2Ч44,15/1602=0,0034495 кгЧм2

Изменение кинетической энергии звеньев машинного агрегата с постоянным приведенным моментом инерции, Дж,

=DTi- T                                                                                          (58)

=-267,04-44,15=-311,19 Дж

По результатам расчёта программы ТММ1 строим диаграммы DT=DT(j),

(II)= T(II)(j),  DT(I)=DT(I)(j) в масштабе mDT2 = 46,06/8,2=5,6Дж/мм. мDТ1=478,81/85=5,6 Дж/мм.

Далее определяются минимальные DT  и максимальное DT  значение из массива DT , а затем максимальное изменение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции, Дж,

 =DT  -DT                                                                                     (59)

 =478,81-21,14=457,67  Дж

.3 Определение момента инерции маховика

Приведенный постоянный момент инерции звеньев машинного агрегата, необходимый для обеспечения требуемой неравномерности движения:

.4 Определение закона движения звена приведения

Для определения истинного значения угловой скорости звена приведения w  вычисляются средние значения изменения кинетической энергии:

=(DT +DT )/2,                                                                                (60)

=(__)/2=___ Дж

и среднее значение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции:

= I Чw /2                                                                                         (61)

=__Ч__/2=___ Дж

Определяем кинетическую энергию:

= T-DT+ DT,                                                                       (62)