Определение силы давления газов на поршень

Определение силы давления газов на поршень

Индикаторное давление газов в цилиндре двигателя определяется по индикаторной диаграмме (рисунок 3.1).

Рис.3.1 Индикаторная диаграмма работы ДВС

Используя циклограмму двигателя, определяем, что при φ = 330⁰ в цилиндре В происходит такт сжатие. Определив перемещения поршня В от ВМТ с помощью плана положений механизма, отложим эти перемещения по оси S индикаторной диаграммы. Давление газа в цилиндре В в этот момент составляет P_iB = 0,657 Мпа.

Площадь поперечного сечения цилиндра

(3.1)

Сила давления газов на поршень В:

P_DB = P_iB ∙ F_B = 0,657 ∙ 0,0028 = 2181 H. (3.2)

Определение результирующих сил инерции

Сила инерции шатуна 2 определяется по формуле:

; (3.3)

Подставив численные значения, получим:

Сила инерции поршня 3 определяется по формуле:

; (3.4)

Подставив численные значения, получим:

Знак « – » в формулах 3.3 и 3.4 показывает, что направления векторов сил инерции и соответствующих ускорений – противоположны.

Силу инерции кривошипа не определяем, так как он уравновешен и центр масс его находится на оси вращения О и не имеет ускорения.

Момент пар сил инерции шатуна 2 определяется по формуле:

; (3.5)

где J_S₂– момент инерции шатуна;

ɛ₂ – угловое ускорение шатуна.

Знак « – » в формуле 3.5 показывает, что направления момента пары сил инерции и соответствующего углового ускорения – противоположны.

Угловое ускорение определяется по формуле:

рад/с. (3.6)

Тогда момент пар сил инерции шатуна 2:

Н∙м

Момент М _u ₂ удобно представить в виде пары сил Р_м_u₂ приложенных в точках А и В шатуна 2, перпендикулярно ему. Момент М _u ₂ представляется в виде пары сил Р_м_u₄, приложенных в точках А и С шатуна 4. Силы Р_м_u₂ и Р_м_u₄ прикладываются в соответствии с направлением соответствующих моментов.

Величины сил:

Р_м _u ₂ = М _u ₂ / l_BA = 23,7/0,25 = 95,0 H; (3.7)

Момент пары сил инерции кривошипа равен нулю, поскольку вращение кривошипа равномерное и угловое ускорение отсутствует.

Определение момента инерции маховика

Синтез кулачкового механизма

Построение профиля кулачка

1. Выбрав масштаб построения µ _l = 0,0003 м/мм, описываем окружность радиуса r ₀ из центра О₁. Из центра О₁ вертикально проведем линию движения толкателя y – y. Точка пересечения А₀ этой прямой с окружностью r ₀ определит положение центра ролика, соответствующее началу фазы удаления.

2. От точки А₀ вдоль линии y – y откладываем положения толкателя согласно графику S = f (φ), построенному в том же масштабе. Точка А₆ определит положение центра ролика, соответствующие концу удаления.

3. От прямой О₁А₆ в сторону, противоположную вращению кулачка, отложим фазовые углы φ _y, φ_д, φ_в.

4. Проводим окружность радиуса r_max = O ₁ A ₆ и разделим дуги, связывающие фазовые углы φ _y и φ_в на равные части, согласно делению этих углов на оси φ графика S = f (φ). Через полученные точки деления 1,2,3,4 … и т. д. проводим лучи из центра O ₁.

5. Из центра вращения кулачка O ₁ радиусами О₁А₁, О₁А₂, О₁А₃ … и т. д. проведем концентрические дуги до пересечения с соответствующими касательными. Точки пересечения 1',2',3', и др. представляют собой положение центра ролика в обращенном механизме. Соединив полученные точки плавной кривой, получим центровой профиль кулачка.

6. Определим радиус ролика r. Радиус ролика выбирается из условий

r ≤ (0,7 … 0,8) p_min , r ≤ (0,4… 0,5) r ₀ , (5.3)

где p_min - минимальный радиус кривошипа профиля кулачка.

Для отыскания p_min поступим следующим образом, выберем на выпуклой части центровою профиля кулачка точку k, в котором кривизна профиля кулачка наибольшая. Вблизи точки k выберем еще две точки k ' а k '' и соединим их с точкой k. Через середины полученных хорд проведем к ним перпендикуляры (точка пересечения перпендикуляров М – центр) окружности, проходящей через все три точки. Расстояние kM = 69 мм приближенно можно принять за p_min в масштабе µ _S. Тогда:

r = 0,7 ∙ p_min = 0,7 ∙ 69 = 48,3 мм; r = 0,5 ∙ r ₀ = 0,5 ∙ 68 = 34,0 мм.

Принимаем ; r = 34 мм. С учетом масштабного коэффициента построения µ _S.

Действительное значение радиуса:

r _действ ∙ µ _S = 34 ∙ 0,0003 = 0,0102 мм.

7. Для построения действительного профиля необходимо провести окружности радиуса r = 34 мм с центрами на центровом профиле кулачка. Проведя огибающую внутренних частей окружностей, получим действительный профиль кулачка, то есть профиль, который должен быть изготовлен в металле.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта мы провели работу по изучению определения кинематического, силового анализа механизма, определили момент инерции маховика и провели синтез кулачкового механизма.

В первом разделе мы определили, что наш механизм является механизмом второго класса.

Во втором разделе мы определили кинематические характеристики механизма с помощью построений планов положений механизма, планов скоростей и ускорений, и с помощью построения кинематических диаграмм S = S ( t ); V = S ( t ); a = S ( t ). С помощью этого мы определили скорость каждой точки в любом положении, ускорения в положении № 11 (330⁰) и № 5 (510⁰), и перемещения ВМТ до НМТ.

В третьем разделе мы определили результирующие силы, силы тяжести звеньев, уравновешивающую силу двумя методам: 1 – при помощи построения планов сил; 2 – метод проф. Жуковского. Провели проверку расхождения Δ = 3,7%.

В четвертом разделе мы определили момент инерции маховика J = 0,134 кг∙м² и исходя из этого определили размер маховика, и выполнили его эскиз.

В пятом разделе провели синтез кулачкового механизма. Определили движение толкателя, скорость и ускорение по кинетическим диаграммам зависимости перемещения S = f (φ) аналога скорости и аналога ускорения . Определили минимальный радиус кулачка r = 0,0204 м и построили профиль кулачка.

Библиографический список

1. Гончаров П. Э. Теория механизмов и машин [Текст]: учеб. пособие по курсовому проектированию / П. Э. Гончаров, П. И. Попиков, С. В. Дорохин, М. Л. Шабанов; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2007. – 107 с.