Курсовая работа: Проектирование и исследование механизма двигателя внутреннего сгорания

8. Планетарный редуктор

8.1 Подбор чисел зубьев колёс

8.1.1. Определим число зубьев z3 и z4

z5 = z3 (U3н – 1) = 30 * ( 3,2 – 1) = 66 ; z4 = z3 (3,2 – 2)2 = 30 * 1,2/2 = 18;

8.1.2. Строим в двух проекциях развёрнутую кинематическую схему передачи в выбранном масштабе mL = 0,004 м/мм.

Для планетарных редукторов с 3 – мя сателлитами определяют возможное наибольшее число сателлитов для каждого ряда по следующей формуле:

(z4 + z3)sin p/к > z4 + 2ha*

(30 + 18) sin 180/3 > 18 + 2;

48 * 0,866 > 18 +2

8.2 Определение основных размеров колёс z3, z4 и z5

8.2.1. d3 = z3 mпл = 30 . 9 = 270 мм.

dВ3 = d3 соsa = 270 . 0,93969 = 256 мм.

dа3 = mпл (z3 + 2) = 9 . 28 = 247,5 мм.

dò3 = mпл (z3 - 2,5) = 9 . 27,5 = 162 мм.

8.2.2. d4 = z4 mпл = 18 . 9 = 162 мм.

dВ4 = d4 соsa = 162 . 0,93969 = 152,2 мм.

dа4 = mпл ( z4 + 2) = 9 . 20 = 180 мм.

dò4 = mпл (z4 – 2,5) = 9 . 15,5 = 139,5 мм.

8.2.3. d5 = z5 mпл = 66 . 9 = 594 мм.

dВ5 = d5 соsa = 594 . 0,93969 = 558,1 мм.

dа5 = mпл (z5 –2) = 9 . 64 = 576 мм.

dò5 = mпл (z5 + 2,5) = 9 . 63,5 = 616,5 мм.

8.3 Скорость вращения колёс

w3 = w2 = w1/Un = 177,9/1,5 = 118,6 рад/с.

w4/wн = U4-н = 1 – U4-5’; U4-5’ = z5/z4 = 66/18 = 3,6;

U4-n = 1 – 3,6 = - 2,6; wн = wм = pnн/30 = 3,14 . 354,16/30 = 37,06 рад/с.

w4 = -2,6 . wн = - 2,6 . 37,06 = -96,3 рад/с.

В обращённом движении: w4’ = w4  - wн = - 96,3 – 37,06 = -133,36 рад/с.

8.4 Кинематическое исследование передачи графическим способом

8.4.1. Строим картину линейных скоростей в масштабе:

mL = 0,14 мс/мм;

Смотреть в методических указаниях часть III.

8.4.2. VА = w1 rw1 = 177,9 . 0,073 = 12,98 м/с.

Длина вектора Аа: (Аа) = VА/mV = 12,98/0,14 = 92,7 мм;

8.4.3. Скорость точки В касание начальных окружностей :

(Вв) = 31 мм; Vв = mv(Вв) = 0,14 . 27 = 3,78м/с; w3 = Vв/rw3 = 3,78/0,08 = 47,25 рад/с.

8.4.5. (О4h) = 9 мм ; Vн = mv(О4h) = 0,14 * 9 = 1,26 м/с; wн = Vн/r3 + r4 = 1,26/0,2275 = 5,54рад/с.

8.4.6. Строим картину угловых скоростей строим в масштабе:

mw = mv/mL * р = 0,25/0,0031 * 50 = 1,6 рад/с/мм.

w1 = mw(к1) = 1,6 . 110 = 177,9 рад/с.

w2 = mw(к2) = 1,6 . 47 = 75,6 рад/с.

w3 = w2 = 75,6.

w4 = mw(к4) = 1,6 . 56 = 89,6 рад/с.

wн = mw(кн) = 1,6 . 17 = 27,2 рад/с.

9. Мощность Рм, передаваемая на приводной вал машины

9.1 Определим коэффициент полезного действия hпл

hпл = 1/ U4н [1- h’(1- U4н )],

где h’ – коэффициент полезного действия рассматриваемого редуктора в обращённом движении.

9.2 Величину h’ определяем по формуле

h’ = h1 * h2, где

h1 и h2 - коэффициенты полезного действия

h’ = h1 * h2 = 0,96 * 0,97 -- 0,98 * 0,99 = 0,93 – 0,97.

Принимаем среднее значение: h’ = 0,95.

hпл = 1/ U4н [1- h’(1- U4н )] = 1/3,2 [ 1 – 0,95 (1 – 3,2) ] = 0,965.

9.3 Общий КПД

h0 = hп * hпл

где hп – КПД зубчатой передачи колес Z1 и Z2, принимаем: hп = 0,97; h0 = 0,97 * 0,965 = 0,936.

На приводной вал рабочей машины передается от двигателя мощность:

Nм = h0 * Nд = 0,929 * 15,6 = 14,49.

10. Приведенный момент инерции.

10.1 Результирующий приведенный момент инерции звеньев двигателя

J3 = J31 + J3II

10.2 Определим величину приведенного момента инерции звеньев

Jз1 = Jко + Jш(wш/w )2 + mш(Vsш/w)2 + mп(Vв/w)2, где

Jкр – момент инерции кривошипа относительно оси кривошипа;

Jш – момент инерции шатуна;

Jк – момент инерции кривошипа;

lк – расстояние от центра масс кривошипа до оси его вала.

Jко = Jк + mk * ek2 = 0,00515 + 10,5 * 0,0252 = 0,0117 кг * м2.

J3I = 0,0117 + 0,0294 (wш/177,9 )2 + 4,7(Vsш/177,9)2 + 2,5(Vв/177,9)2.

10.3 Пользуясь этой формулой, составляем таблицу 6 для подсчета значений J3I, J3II , J3 для положений 12

Номер II положения первого механизма всегда будет соответствовать номеру i положение коленчатого вала, а второй механизм: iII = iI + 6, J3II(i) = J3I (I + 6)

10.4 Составляем таблицу 6 и строим диаграмму

J3 = ò7 (j)

11.Приведённые моменты сил и мощность двигателя

11.1.1. Силу Fв проводим в точку С.

11.1.2. Величина приведённой в точку С движущей силы для одного (первого) механизма Fc.

Fс Vс = Fв Vв , откуда

Fс = Fв Vв/Vс ;где

Fв –сила давлений газов на поршень первого механизма.

Vв – скорость поршня.

Vс – линейная скорость точки С. Vс = wr = 12,45 м/с.

11.1.3. Определение искомых величин и заполнение граф таблицы производится в следующем порядке.

Графа 3 - Fв из таблицы 2,

Графа 4 - Vв из таблицы 1,

Графа 5 - Fс = Fв Vв/Vс ,

Графа 6 - Тдi = Fс * r = Fс * 0,7.

Графа 7 - Тд II (i) = ТдI (i-6) ,

Графа 8 - Тд = ТдI + Тд II . По данным графы 8 строим диаграмму изменения результирующего приведённого момента движущих сил в функции угла j поворота кривошипа.

11.2 Момент сил сопротивления

11.2.1. Тс = Асц/2pк = 1101,49/2 * 3,14 * 2 = 87,69 нм.;

где К – число оборотов кривошипного вала за цикл, в нашем примере К = 2.

Асц – работа момент сил сопротивления за цикл.

Асц = Адц = Тд dj

11.2.2. Адц – работа момента движущих сил за цикл.

Величину работы Ад определяем приближённо по формуле:

Ад = S D Ад = SТдср. D j, где

D j - угол поворота кривошипа при передвижении из положения (i-1) в положении i:

11.2.3. Графа 9 - Тдср – средняя величина момента движущих сил при повороте кривошипа на элементарный угол D j.

Тдср i = ( Тд(i-1) + Тдi )/2.

Графа 10 - D Адi – элементарная работа, совершённом моментом Тд:

D Адi = Тдсрi * D j, D j = 300 = 0,523 рад.

D Адi = 0,523 * Тдсрi ,

Графа 11 - D Адi = (S D Ад)i = (S D Ад)i – 1 + D Адi ,

В последней строке таблицы получаем работу Адц , совершённую моментом Тд за весь цикл.

Адц = (S D Ад)24 = 1439 нм.

11.3 Приращение кинетической энергии момента DЕ

11.3.1. Строим диаграммы Ад = ò10 (j) и Ас = ò11 (j).

11.3.2. Элементарная работа D Ас момента при повороте кривошипа на элементарный угол Dj составит : D Ас = Тс D j = 87,69 * 0,523 = 45,86 нм.

Графа 12 – Асi – сумма элементарных работ сил сопротивления с начала цикла до момента прихода двигателя в рассматриваемое положение ni : Асi = (S D Ас)i = D Асi .

11.3.3. Приращение кинетической энергии DЕ механизма для любого его положения будет определяться разностью работ, совершённых движущими силами и силами сопротивления за время от момента начала цикла и до момента прихода двигателя в рассматриваемое положение:

DЕi = Адi - Асi .

11.4. Определение мощности двигателя и коэффициента неравномерности хода при работе без маховика.

11.4.1. Мощность двигателя определяется по средней величине момента движущих сил за один цикл:

Nд = ТДср. * w = Тс * w = 87,69 * 177,9 = 15600 вт.

Nд = 15,6 кВт.

11.4.2. Коэффициент d’ неравномерности хода двигателя при работе его без маховика определяем по приближённой формуле:

d’ = mj * mт * FБ/J3ср. * w2 , где

J3ср. = J3Б + J3М/2 = 0,025 + 0,0926/2 = 0,0588 кг * м2.

Заданный коэффициент d = 1,3 . Нужен маховик.

12.Расчёт маховика

12.1 Определение приведённого момента инерции маховика – Jмп.

12.1.1. Диаграммы энергомасс DЕ = ò (J3).

12.1.2. Диаграмма приращения кинетической энергии DЕ = ò12(j)

12.1.3. Диаграмма изменения приведенного момента J3 = ò (j)

12.1.4. Диаграмма энергомашин DЕ = ò (J3)

12.1.5. Определяем наибольшее wБ и наименьшее wм значение угловой скорости звена приведения за время цикла, учитывая заданную величину коэффициента неравномерности хода d:

d = 1/160 = 0,00625,

наибольшие: wб = wср(1 + d/2) = 177,9 (1 +0,00625/2) = 179,49 рад/с,

наименьшее: wм = wср (1- d/2) = 177,9 ( 1 – 0,00625/2) = 177,37 рад/с.

wср - средняя угловая скорость звена приведения.

wср = w = 177,9 рад/с.

12.1.6. Определяем величины углов Yб и Yн для проведения касательных к диаграмме энергомасс:

tgYБ = mJ/2me * wБ2 = 0,5309,

tgYМ = mJ/2me * wм2 = 0,524,

YБ = 27054’ ; YМ = 27023’.

12.1.7. (hM) = (qh) * tgyM, (hM) = 78,6 мм,

(hБ) = (qh) * tgyБ , (hБ) = 79,6 мм.

12.1.8. Определим из чертежа (lm) = 135 мм.

12.1.9. Приведенный момент инерции маховика Jмп определяется по формуле:

Jмп = mе(lm)/ d wер2 = 30 * 135/0,00625 * 177,92.

mе – масштаб кинетической энергии, принятый на DЕ = f12(j);

d - коэффициент неравномерности хода;

wер – средняя угловая скорость звена приведения.

12.2. Определение основных размеров маховика

12.2.1. С достаточной точностью примем: Jм = Jоб.

12.2.2. Момент инерции обода:

Jм = Jм об = (Dп4 – Dв4) brp/32,

Jм = Jоб = Dп5 (1 - a4) br p/32,

где a = Dв/Dн , обычно a = 0,312/0,52

b = В/Dн, обычно b = 0,078/0,52

r - плотность материала маховика r = 7800 кг/м3.

12.2.3. Наружный диаметр маховика:

Dн = 5Ö32 Jм/p (1 - a4) br = 0,520 м.

Внутренний диаметр маховика:

Dв = a * Dн = 0,312 м.

Ширина маховика:

В = b * Dн = 0,078 м.

Определяем окружную скорость на ободе:

Vн = wср * Dн /2 = 177,9 * 0,52/2 = 46,25 м/с.

12.2.3. Масса маховика определяется по формуле:

mн =  p/4 (Dн 2 – Dв 2)Вr,

mн = 0,785 ( 0,522 – 0,3122) 0,078 * 7800 = 82,62 кг.

Вес маховика - Gм : Gм = gmн = 9,8 * 82,62 = 809,7 н.

13.Угловая скорость кривошипного вала

13.1 Угловую скорость w определяем по формуле

w = Ö 2 Е0 + w/Jп , где

Е0 – начальная кинетическая энергия механизма.

DЕ – приращение кинетической энергии.

Jп – приведённый к кривошипному валу момент инерции механизма.

Jп = Jмп + J3 ,

13.2. Е0 = ½ Jп w2 - DЕ

13.3 Определяем величину Еок для положения механизма, соответствующего точке К

Jпк = Jмп + J3к = JМП + mJ * хк = 3,56 + 0,001 * 41 = 3,601 кг * м2.

wк = wБ = 178,49 рад/с.

DЕк = mЕ yк = 3 * 100 = 306 нм.

Еот = ½ JптwБ2 - DЕк = ½ * 3,585 * 177,372 + 411 = 56803,25 нм.

13.4 Определяем величину Еот для положения механизма, соответствующего точке Т

Jпт = Jмп + J3т = Jмп + mJ * хт = 3,56 + 0,001 * 25 = 3,585 кг * м2.

wт = wм = 177,37 рад/с.

DЕт = mЕ * yт = 3 * 137 = 411 нм.

Еот = ½ Jптwн2 - DЕт = ½ * 3,585 * 177,372 + 411 = 56803,25 нм.

13.5 Ео = (Еок + Еот)/2 = 56932,4 нм.

13.6 w = Ö 2 ( Е0 + DЕ) /Jп .

Вычисления сведены в таблице 8. По данным последней графы этой таблицы строим диаграмму изменения угловой скорости w кривошипного вала в зависимости от изменения угла j0 его поворота.

Таблица 2

Величина		№№ положение
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
путь	Угол поворота кривошипа, j0.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
	Отрезок на че-ртеже (В0В), мм.	0	12	44,5	85	121	144	152,0	144	121	85	44,5	12	0
	Перемещение поршня (Sв),мм	0	0,012	0,0445	0,085	0,121	0,144	0,1520	0,144	0,121	0,085	0,0445	0,021	0
скорость	Вектор (рв), мм	0	45	74,5	76	57	30	0	-30	-57	-76	-74,5	-45	0
	Скорость Vв, м/с	0	5,418	8,9698	9,1504	6,8628	3,612	0	-3,612	-6,863	-9,150	-8,969	-5,418	0
	Вектор (св), мм	76	65,5	39,5	0	39	66,5	76	66,5	39	0	39,5	65,5	76
	Скорость Vвс, м/с	9,1504	7,8862	4,7558	0	4,6956	8,0066	4,6956	0	4,7558	0	4,7558	7,886	9,150
	Угловая скоро-сть wвс , рад/с	-30,50	-26,29	-15,85	0	15,652	26,689	30,501	26,689	15,652	0	-15,85	-26,29	-30,50
	(сSш)= (св) LcSш/Lcв=	22,8	19,65	11,85	0	11,7	19,95	22,8	19,95	11,7	0	11,85	19,65	22,8
	Вектор ( рSш ), мм	53	61	73	76	68,5	58	53	58	68,5	76	73	61	53
	Скорость VSШ, м/с	6,3812	7,3444	8,7892	9,1504	6,8628	6,9832	6,3812	6,9832	6,8628	9,150	8,7892	7,344	6,381
ускорение	V2вс, м/с2	83,73	62,192	22,618	0	22,049	64,106	83,73	64,106	22,049	0	22,618	62,19	83,73
	авсn = Vвс2/Lсв = = Vвс2/	279,10	207,31	75,392	0	73,496	213,69	279,10	213,69	73,50	0	75,40	207,3	279,1
	Вектор (cn), мм	19,254	14,301	5,201	0	5,070	14,741	19,254	14,741	5,070	0	5,201	14,30	19,25
	Вектор (pв), мм	95	76	28	-21	-48	-56	-57	-56	-48	-21	28	76	95
	Ускорение ав, м/с	1377,1	1101,7	405,89	-304,4	-695,81	-811,78	-826,8	-811,8	-685,8	-304,4	405,89	1101,7	1377,1
	Вектор (nв), мм	19	39	66	78,5	66	39	19	39	66	78,5	66	39	19
	Ускорение авсt м/c2 =	275,42	565,34	956,74	1137,9	956,74	565,34	275,42	565,34	956,74	1137,9	956,74	565,3	275,4
	Угловое ускорение Евс	0	1739,5	3213,3	3993,1	3213,3	1739,5	0	1739,5	3213,3	3993,1	3213,3	1739,5	0
	(сSш) =	5,7	11,7	19,8	23,55	19,8	11,7	5,7	11,7	19,8	23,55	19,8	11,7	5,7
	Ускорение аsш м/с2 =	82,627	169,60	287,02	341,38	287,02	169,60	82,63	169,60	287,02	341,4	287,02	169,6	82,63
	Вектор (pSш) , мм	81	73	57,5	54	57,5	73	81	73	57,5	54	57,5	73	81
	Ускорение аsш ,м/с2	1174,2	1058,2	833,52	782,79	833,52	1058,2	1174,2	1058,2	833,52	782,8	833,5	1058,2	1174,2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6