Проектирование и исследование механизма двигателя внутреннего сгорания

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра деталей машин и инженерной графики

Пояснительная записка к

Курсовому проекту по
Теории механизмов и машин

Тема: Проектирование и исследование механизма
двигателя внутреннего сгорания

Задание № 5
Исполнитель: Бельченко
Денис Викторович

Студент 25 группы,

Факультет механизации с.х.

Руководитель Сакара Д.В.

ОМСК 2001

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание.

2. Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма.

2.1 Определение степени подвижности и класса механизма.

2.2 Определение положений звеньев и перемещений поршня.

2.3 Определение скоростей точек и звеньев механизма.

2.4 Определение ускорений точек и звеньев механизма.

2.5 Построение годографов скоростей и ускорений центра масс шатуна.

2.6 Построение кинематических диаграмм.

3. Усилия, действующие на поршень.

3.1 Построение индикаторной диаграммы рабочего процесса двигателя.

3.2 Построение диаграммы сил действующих на поршень.

4. Результирующая сила инерции шатуна.

4.1 Результирующая сила инерции шатунов для положения холостого хода.

5. Силовое исследование механизмов.

5.1 Силовое исследование группы шатун – поршень для положения холостого хода.

5.2 Силовое исследование группы начального звена для положения холостого хода.

5.3 Определение уравновешивающей силы Fу
способ рычага Н.Е. Жуковского.

5.4 Силовое исследование механизма двигателя для положения рабочего хода.

6. Смещённое зацепление зубчатой пары.

6.1 Выбор коэффициентов смещения исходного контура.

6.2 Расчёт основных геометрических параметров.

7. Построение эвольвентного смещенного зацепления цилиндрических колёс z1
и z2
и его

исследование.

7.1 Вычерчивание профилей.

7.2 Длина линии зацепления - q.

7.3 Активные профили зубьев.

7.4 Угол торцового перекрытия и дуга зацепления.

7.5 Определение коэффициентов Еa торцового перекрытия.

7.6 Удельное скольжение.

7.7 Коэффициент Ã удельного давления.

7.8 Проверка на заклинивание.

7.9 Усилия, действующие в зацеплении.

8. Планетарный редуктор.

8.1 Подбор числа зубьев колёс z3
и z4.

8.2 Определение основных размеров колёс z3
, z4
, z5
, z6
.

8.3 Скорость вращения колёс.

8.4 Кинематическое исследование передачи графическим способом.

9. Мощность ЕМ
, передаваемая на приводной вал машины.

9.1 КПД планетарного редуктора.

9.2 Определение величины у|

.

9.3 Определение общего КПД передачи.

10. Приведённый момент инерции звеньев.

10.1 Определение результирующего приведенного момента инерции звеньев всего двигателя.

10.2 Величина приведённого момента инерции звеньев одного механизма.

10.3 Составление таблицы 6.

10.4 Построение диаграммы J3
= ò7
(j).

11. Приведённые моменты сил и мощность двигателя.

11.1 Результирующий приведённый момент движущих сил.

11.2 Момент сил сопротивления.

11.3 Приращение кинетической энергии машины DЕ.

11.4 Определение мощности двигателя и коэффициентов d’
неровности его хода при работе без маховика.

12. Расчёт маховика.

12.1 Определение приведённого момента инерции маховика.

12.2 Определение основных моментов маховика.

13. Угловая скорость кривошипного вала.

13.1 Угловая скорость w кривошипного вала для любого положения механизма.

13.2 Величина начальной кинетической энергии.

13.3 Определение величины Еок
.

13.4 Определение величины Еот
.

13.5 Истинное значение Ео
.

13.6 Вычисление значений w для всех 24х
положений.

Литература.

1.Задание

1.1.Провести структурное, кинематическое, кинетостатическое и динамическое исследование рычажного механизма двигателя с маховиком и зубчатым приводом.

1.2.Выполнить проектирование зубчатой пары, планетарного редуктора и маховика согласно прилагаемым схемам, диаграммам и исходным данным.

2.Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма

2.1 Степень подвижности механизма определяется по структурной формуле Чебышева

W = 3n - 2P5 - P4

где W-степень подвижности кинематической цели,

n-число подвижных звеньев цепи,

P5 -число кинематических пар Vкласса,

P4 –число пар IV класса

В рассматриваемой цепи подвижных звеньев –3:

1. кривошип - звено 2;

2. шатун – звено 3;

3. поршень – звено 4.

Пар V класса – 4: три вращательные пары (О, С и В) и одна поступательная (Д). Пар IV класса нет.

W= 3 *
3 – 2 *
4 = 1; W = 1.

Данная кинематическая цепь является механизм, т.к. степень подвижности равна числу ведущих звеньев.

2.1.2. Для определения класса механизма расчленяем его на группы. Первой отчленяем группу, образованную звеньями 3 и 4. После этого остается основной механизм, составляющий из стойки и начального звена –2.

Таблица 1

Схема структурной группы	№№ звеньев	Пары	Класс группы	Порядок	Вид
3 и 4	C, B, D.	II	2	2
1 и 2	О	I	--	--

Из таблицы 1 видно, что механизм образован группами не выше II класса, следовательно, механизм также II класса. Формула строения механизма:

I (1; 2/0) –II (3; 4/C, В, Д)

2.2
Определение положение звеньев и перемещений поршня (ползуна)

2.2.1. Строим планы механизма в масштабе длин – mL
= 0,001 м/мм для 12 равностоящих друг от друга положений кривошипа. Исходное положение кривошипа. Значения углов поворота кривошипа для каждого из 12 положений заносим в таблицу 2 строка 1.

2.2.2. Перемещение поршня (В0 В1, В0 В2 и т.д.) заносим в таблицу 2 строка 2, с учетом масштаба пути mS
: mS
= mL
= 0,001 м/мм.

Для положения 10 перемещение поршня: SВ10
= mS
(ВоВ10
) = 0,001 .
22 = 0,022 м.

2.2.3. Построение траектории центра масс шатуна.

Отрезок с Sш
(на чертеже ) изображаем в масштабе mL
расстояния еш
:

( сSш
) = еш
/mL
= 0,075/0,001 = 75 мм.

2.3 Определение скоростей точек и звеньев механизма

2.3.1. Скорости определяем способом планов.

Vc
/mv
= kLoc
/mL
;
mv
= wmL
/k; где k – коэффициент кратности.

Принимаем k = 1, тогда масштаб плана скоростей определяется : mv
= wmL

2.3.2. Планы скоростей для всех 12 положений строим при двух полюсах; при одном полюсе – для всех четных положений, при другом – для всех нечетных.

Угловая скорость кривошипа:

w =pn/30 = 3,14 *
1700/30 = 177,9 рад/с.

Линейная скорость Vс
оси кривошипа – точки С:

Vс
= wr = 177,9 *
0,07 = 12,45 м/с.

Линейная скорость Vsk
центра масс кривошипа – точки Sk
:

Vsk
= wek
= 177,9 *
0,025 = 4,44 м/с.

Масштаб скоростей на плане:

mv
= wmL
= 177,9 *
0,001 = 0,1779 м/с/мм.

Длина вектора, изображающего скорость Vc
-точки С:

(PC) = Vc
/mv
= 12,45/0,1779 = 70 мм.

2.3.3. Скорость Vв точки В определяется следующими уравнениями:

Vв
= Vc
+ Vв
c
;

Vв
= Vв
x
+ Vвв
x
;

Vвх
= 0; Vв = Vввх
;

Vв
= mv
(pв) = 0,1779 *
(-65) = -11,5 м/с;

Vв
c
= mv
(св) = 0,1779 *
36 = 6,32 м/с.

2.3.4. Угловая скорость шатуна:

wш
= wвс
= Vвс
/Lсв
= 6,3/0,25 = 25,2 рад/с.

где Lсв - длина шатуна в метрах.

2.3.5.Определяем Vs
ш
– скорость центра масс шатуна(точка Sш
):

Vs
ш
=Vc
+ Vs
ш
c
;

Vs
ш
c
= mv
(CSш)

(CSш) =L с
s
ш
/L св
(св) = (0,075/0,25)св = 0,3(св).

Для положения 10:

(CSш) = 0,3 *
36 = 10,8 мм.

Vs
ш
= mv
(рsш); м/с.

(рsш) = 66 мм.

Vs
ш
= mv
(рsш) = 0,1779 *
66 = 11,68 м/с.

2.4
Определение ускорений точек и звеньев механизма

2.4.1. Ускорения определяем способом планов, которые строим на чертеже также в масштабе кривошипа.

(pc) = k (ос), где k – коэффициент кратности k = 1.

ас
/mа
= kLoc
/mL
;
mа
= w2
mL
/k.

mа
= w2
mL
.

2.4.2. Строим планы 4-х ускорений для 12 положений.

Линейное ускорение ас
оси кривошипа – точки С:

ас
= ас
n
+ ас
t

Точка С вращается вокруг оси О равномерно (w = const), ас
t
= 0

ас
= ас
n
= w2
*
r = 177,92
*
0,07 = 2215,38 м/с2
.

Линейное ускорение ask
центра масс кривошипа – точки Sk
:

ask
= w2
*
еk
= 177,92
*
0,025 = 791,21 м/с2
.

Масштаб ускорений на плане:

mа
= w2
*
mL
= 177,92
*
0,001 = 31,6 м/с2
/мм.

(pc) = ас
/mа
= 2215,38/31,6 = 70 мм.

2.4.3. Ускорение ав
n
точки В определяется следующими уравнениями :

ав
= ас
+ авс
= ав
+ авс
n
+ авс
t
.

ав
= ав
x
+ авв
x
; ав
x
= 0 .

ав
= авв
x
.

Для положения 10: Vвс
2
= 6,322
= 39,9 м/с

авс
n
= Vвс
2
/Lвс
= 39,6/0,25 = 158,7 м/с2
.

( сn ) = авс
n
/mа
= 158,7/31,6 = 5,06 мм.

2.4.4. Для положения 10 : (pв) = 25 мм ; (св) = 62 мм ; (nв) = 61 мм.

ав
= mа
(pв) = 31,6 *
25 = 790 м/с2
;

авс
= mа
(св) = 31,6 *
62 = 1959,2 м/с2
;

авс
t
= mа
(nв) = 31,6 *
61 = 1927 м/с2
;

2.4.5. Угловое ускорение шатуна, для положения 10:

Еш
= авс
t
/ Lвс
= 1927/0,25 = 7708 рад/с2
.

2.4.6. Ускорение аs
ш
центра масс шатуна, для положения 10:

аs
ш
= ас
+ аs
шс
;

аs
шс
= mа
(сSш
) = 31,6 (сSш
);

(сSш
) = еш
/Lвс
(св) = (0,075/0,25) (св) = 0,3(св)мм.

(сSш
) = 0,3 *
62 = 18,6 мм.

(pSш
) = 50 мм ( таблица 2, строка 24 ).

аs
ш
= 31,6 *
50 = 1580 м/с2
.

2.5 Построение годографов скоростей и ускорений центра масс шатуна

mv
= 0,177 м/с/мм ; mа
= 31,6 м/с2
/мм.

2.6 Построение диаграммы перемещений
S
в

поршня,
S
в

=
ò
1

(
j
)

Принимаем: l = 250 мм, 2p = 3600
;

mj
=2p/l = 2 *
3,14/250 = 0,0251 рад/мм

mj
=360/l = 360/250 = 1,44 град/мм.

j = mj
x
;
t = mtx
;
j = wt.; mj
x
= wt; mj
x
= wmtx
;

mt
= mj
/w = 0,0251/177,9 = 0,000141 с/мм.

mt
= Т/l.

где, Т – время одного полного оборота кривошипа.

Т = 60/n = 60/1700 = 0,035 с.

mt
= 0,035/250 = 0,000141 с/мм.

Принимаем величину наибольшей ординаты (6S6
) = 114 мм, тогда

ms
= Sв6
/(6Sв
) = 0,14/114 = 0,00122 м/мм.

Величину любой ординаты iSi, где i – номер деления, находим по формуле:

(iSi) = SBi
/ms
.

2.6.1. Построение кинематической диаграммы VВ
= ò2
(j) : (ро) = KV
= 40 мм.

Определяем масштаб mv
скоростей, приняв KV
= 40 мм.

mv
= ms
/mt
*
KV
= 0,00122/0,000141 *
40 = 0,216 м/с/мм.

2.6.2. Построение кинематической диаграммы ав
= ò3
(j) производится графическим дифференцированием диаграммы Vв
= ò2
(j).

(pо) = Ка
= 10мм.

Определяем масштаб mа
= mv
/mt
*
Kа
= 0,216/0,000141 *
10 = 12,47 м/с2
мм.

3.Усилия, действующие на поршень

3.1 Построение индикаторной диаграммы рабочего процесса

3.1.1. Индикаторная диаграмма зависимости давления газов на поршень от перемещения поршня строим по диаграмме в задании.

3.1.2. В рассматриваемом примере наибольший ход поршня SБ
= 0,14 м, а наименьшее давление газов: Рz
= 4,8 н/мм2
. Учитывая это, принимаем: mS
= 0,001 м/мм,mр
= 0,02 н/мм2
/мм.

3.2 Построение диаграмм, действующих на поршень :
Fun

=
ò
5

(
j
) ;
F
В

=
ò
4

(
j
) ;
F
=
ò
6

(
j
)

3.2.1. Для построения этих диаграмм составим таблицу 3.

Рu
= Ра
– 0,1 м/мм2
.

Сила Fв
давления газов на поршень: Fв
= Рu
*
Аn
, где, Аn
– площадь поршня в мм2
.

Аn
= pd2
/4 = 3,14 *
1202
/4 = 11304 мм2
.

Сила инерции шатуна Fun
по формуле: Fun
= - mn
*
ав
н.

где, mn
– масса поршня кг,

ав
– ускорение поршня м/с2
.

Fun
= - 2,5 *
ав
н.

Результирующая сила F, действующая на поршень: F = Fв
+ Fun
н.

4.Результирующая сила инерции шатуна.

4.1
Результирующая сила инерции шатуна для 10 положения коленвала (
j
= 3000
)

4.1.1.Результирующую силу инерции шатуна определим способом переноса этой силы на величину h плеча момента сил инерции:

Fu
ш
= - mш *
аs
ш
, Н ,

где mш = 4,7 кг - масса шатуна,

аs
ш
= 1580 м/с2
- ускорение центра масс шатуна (для 10 - го положения).

Знак минус означает, что направление силы инерции противоположно направлению ускорения.

4.1.2. Шатун совершает сложное движение. Поэтому аsш мы рассматриваем как сумму двух ускорений: аsш = ас
+ аs
шс
,

где, ас
– ускорение центра масс шатуна в переносном ( поступательном) движение вместе с точкой С:

аs
шс
– ускорение центра масс шатуна в относительном ( вращательном ) движении вокруг точки С.

Fu
ш
= -mш
(ас
+ аs
шс
) = [-mш
m а
(pс)] + [-mш
m а
(сSш)],

-mш
m а
(pс) = - Fu
ш
’
, -mш
m а
(сSш) = - Fu
ш
’’
,

Fu
ш
= Fu
ш
’
+ Fu
ш
’’
,

Fu
ш
’
– сила инерции, возникающая при переносном движении шатуна. Fu
ш
’
приложена в центре масс.

Fu
ш
’’
– сила инерции, возникающая при относительном движении шатуна. Fu
ш
’’
приложена в центре качания.

4.1.3. Fu
ш
’
= - mш *
ас
= -4,7 *
2384,64 = - 11,207 н.

Fu
ш
’’
= - mш *
аs
шс
= -4,7 *
587 = 2758,9 н.

Положение центра качания определяется:

Lск
= LcS
ш
+ Jш
/ mш *
LcS
ш
= 0,075 + 0,0294/4,7 *
0,075 = 0,159 м.

После геометрического сложения Fu
ш
’
и Fu
ш
’’
получаем

Fu
ш
= - mш *
аs
ш
= - 4,7 *
1580 = - 7426 н.

Lстш
= mL
*
(стш
) = 0,002 *
26 = 0,052 м.

Определяем угловое ускорение шатуна:

Eш = а вс
t
/ Lвс
=-1928/0,25 = - 7712 рад/с2
.

Тиш
= - Jш
*
Еш
= -0,294 *
(-7712) = 226 нм.

Силу Fu
ш
и момент Тu
ш
заменяем одной равнодействующей силой Fu
ш
, смещённой параллельно самой себе на расстояние h.

h = Тu
ш
/Fu
ш
= 226/7426 = 0,03 м = 30 мм.

5.Силовое исследование механизмов

5.1
Силовое исследование групп поршень – шатун для рабочего хода (10 – ое положение коленвала)

5.1.1.Силовое исследование производим для каждой структурной группы отдельно. К звеньям группы поршень – шатун приложены следующие внешние силы:

К звену 4 – поршень – сила F4
в точке В.

F4
= Fв
+ Fun
+ Gn
,

где Fв
– сила давления газов на поршень. Fв
= 226н.

Fun
– сила инерции поршня. Fun
= - mn
*
ав
= -2,5 *
790 = -1975 н.

G – вес поршня,

Gn
= mn
*
g = 2,5 *
9,8 = 24,5 н.

F4
= 226 - 1975 + 24,5 = -1724,5 н.

Сила направлена вверх к звену 3 – шатуна – сила Gш
в точке Sш
и сила Fсил
– в точке Тш
.

Gш
= mш
*
g = 4,7 *
9,8 = 46,06 н.

Fu
ш
= -7426 н.

5.1.2.Кроме внешних сил на звенья действуют ещё реакции в кинематических парах. На звено 4(поршень) – реакция R14
со стороны звена 1(цилиндр, для этой реакции известна только её линия действия (прямая аа, перпендикулярная оси цилиндра), величина и точка приложения неизвестны.

На звено 4 действует также со стороны звена 3(шатун) реакция R34
, приложенная в точке В, величина и направления её неизвестны. На звено 3 действует со стороны звена 4 реакция R43
, приложенная в точке В, равная по величине реакции R34
и противоположно ей направленная.

R34
= - R43
.

В точке С на звено 3 действует реакция R23
со стороны звена 2 (кривошипа). Величина и направления её неизвестны. Поэтому из С проводим в произвольном направлении вектор реакции R23
, раскладывая её на две взаимно перпендикулярные составляющие: R23
n
и R23
t
.

R23
= R23
n
+ R23
t
.

5.1.3. Величину R23
t
определяем из уравнения равновесия момента:

Tв
(Gш
) + Tв
(Fсил
) + Tв
(R23
t
) = 0.

Учитывая направление сил Gш
и Fсил
и условно

R23
t
, то: Gш
h2
– Fсил
h1
+ R23
t
*
l = 0

R23
t
= (Fu
ш
h1
- Gш
h2
)/l = (7426 *
0,026 – 46,06 *
0,052)/0,25 = 2608 н.

h1
= 0,026 м ; h2
= 0,052 м.

5.1.4. Для определения результирующей R23
n
и R14
составляем уравнение равновесия всех сил, действующих на группу:

R14
+F4
+ Gш
+ Fu
ш
+ R23
t
+ R23
n
= 0;

R23
= mF
(се) = 40 *
57 = 2280 н.

R14
= mF
(еа) = 40 *
71 = 2840 н.

R43
= -R43
= mF
(ев) = 40 *
21 = 840 н.

5.2. Силовое исследование группы начального звена для положения рабочего хода (10-ое положение коленвала)

5.2.1. Строим расчетную схему группы начального звена.

К начальному звену приложены силы: в точке С – R32
= 2280 н.

В точке Sк
вес Gк
= mк
*
q = 10,5 *
9,8 = 102,9н.

Тут же сила инерции кривошипа Fик
направленные к точкам С:

Fик
= - mк
*
аs
к
= -10,5 *
587 = -5870 н.

5.2.2. Уравновешивающий момент Ту
– момент сил сопротивления. Направление Ту
по часовой стрелке – всасывание.

5.2.3. Уравнение равновесия моментов относительно оси О вращения кривошипного вала всех сил, действующих на начальное звено:

То
(R32
) + То
(Gr
) + То
(Fu
к
) + То
(R12
) + Ту
= 0.

Моменты сил инерции Fик
и Fик
VII
кривошипов и реакции R12
стойки на кривошип равны нулю, т.к. линии действия этих сил проходят через ось вала О.

- R32
h1
– R52
he
+ Tу
= 0, Tу
= R32
h1
+ R52
h2
.

Измеряя длины отрезков на чертеже и учитывая масштаб чертежа: h1
= 0,064 м ; h2
= 0,054м.

Ту
= 2280 *
0,064 + 3480 *
0,054 = 332 мм.

5.2.4. Если вращательное движение передаётся при помощи зубчатой передачи, то Ту
создаётся уравновешивающей силой Fу
, величину которой надо определить.

После чего можно определить реакцию R12
.

Fу
= Ту
/h3
= 332/ 0,092 = 3608 н.

5.2.5. Векторное уравнение равновесия сил, действующих на начальное звено:

Gк
+ Fик
+ R32
+ Gк
VII
+ Fик
VII
+ R52
+ R12
+ Fу
= 0; R12
= mF
(la).

5.3 Определение уравновешивающей силы
F
у

способом рычага Жуковского (10-ое положение коленвала)

5.3.1. Строим в масштабе mL
= 0,001 м/мм кинематическую схему исследуемого двухцилиндрового двигателя, к звеньям которого приложены силы :

в точке В – сила F4
= -1724,5 н.

в точке Sk
– вес кривошипа Gk
= 102,9 н и сила инерции Fик
= 5870 н.

в точке Sш
– вес шатуна Gш
= 46,06 н.

в точке Тш
– сила инерции шатуна Fu
ш
= -7426 н.

5.3.2. В рассматриваемом положении - j = 3000
(такт всасывания) в первом цилиндре, сжатие во 2ом
двигатель не отдаёт, а получает энергию. Поэтому линия действия и направление силы Fу
– будет линия зацепления N’’N’’, а направление по направлению скорости точки N’’.

5.3.3. Для определения величины силы Fу
строим повёрнутый ( на 900
) план скоростей. План скоростей строим в масштабе mv
= 0,1779 м/с/мм.

(рс) = Vc
/mv
= 12,45/0,1779 = 70,3 мм,

(рв) = Vв10
/mv
= - 11,5/0,1779 = -64,9 мм,

(рSк
) = (рс) ек
/r = 70,3 *
(0,025/ 0,07) = 24,9 мм,

(сSш
) = (св) LcS
ш
/Lc
в
= еш
/l = 36 *
( 0,075/0,25 ) = 10,8 мм,

( сtш
) = (св) Lc
тш
/Lc
в
= 36 *
(0,096/0,25 ) = 9,8 мм,

( рm1
) = w*
rв1
/mv
= 177,9 *
0,064/ 0,1779 = 64 мм.

5.3.4. Переносим внешние силы. Согласно теореме Н.Е. Жуковского о жёстком рычаге : сумма моментов относительно точки р – полюса повёрнутого плана – всех сил, перенесённых параллельно самим себе в одноимённые точки повёрнутого плана, равняться нулю.

Тр
( Gк
) + Тр
( Fuk
) + Тр
( Gш
) + Тр
( F4
) + Тр
( Fu
ш
) + Тр
( Fу
) = 0;

Тр
( Fuk
) = 0 т.к. линия действия через полюс Р

Gш
h1
+ F4
h2
+ Fu
ш
h3
+ Gк
h4
- Fу
h5
= 0.

Замеряем на повёрнутом плане скоростей длины плеч:

h1
= 22 мм; h2
= 22 мм; h3
= 61 мм; h4
= 57 мм;

При силовом исследовании группы начального звена мы получили:

Fу
= ( Gш
h1
+ F4
h2
+ Fu
ш
h3
+ Gк
h4
)/ h5
=

= ( 46,06 *
22 + 1724 *
22 + 7426 *
61 + 102,9 *
57)/67 = 5164 н.

Расхождение результатов: (5201 – 5164)/5201 = 0,0105 = 1,05 %; расхождение до 5%.

6. Смещенное зацепление зубчатой пары

6.1 Выбор коэффициентов смещения исходного контура

6.1.1. Общее передаточное число передачи:

Uо
= nд *
nм
= 1700/347 = 4,8.

Частное передаточное число зубчатой пары

Uп
= Uо
/Uпл
=4,8/3,2 = 1,5.

6.1.2. Число зубьев z1
ведомого колеса:

Z1
= Z2
Uп
= 26 .
1,5 = 17.

Принимаем Z1
= 17.

6.1.3. Окончательно:

Uп
= Z2
/Z1
= 26/17 = 1,5.

Uо
= Uп *
Uпл
= 1,5 .
3,2 = 4,8.

nм =
nн *
nд
/ Uо
= 1700/4,8 = 354,16об/мин.

6.1.4. Число оборотов ведомого колеса зубчатой пары:

n2
= nд
/Un
= 1700/1,5 = 1133,3 об/мин.

6.1.5. Для колес закрытой передачи выбираем систему коррекции профессора В. Н. Кудрявцева.

для колес Z1
= 17 и Z2
= 26; X1
= 0,898, X2
= 0,517;

6.2 Расчет основных геометрических параметров

6.2.1. Делительное межосевое расстояние – а = 0,5(Z1
+ Z2
)mп
= 0,5(17 + 26)8 = 172 мм.

6.2.2. Коэффициент суммы смещений – Xe
= X1
+ X2
= 0,898 + 0,517 = 1,415.

6.2.3. Угол зацепления - an

invaw
= (2Xe
*
tga)/(Z1
+ Z2
) + inva = (2.
1,415.
0,36397) /(26 + 17) + 0,014904 = 0,38868.

l - угол профиля зуба рейки a = 200
;cos200
= 0,93969; tg200
= 0,36397; inva = inv200
= 0,014904.

По таблице находим aw
= 260
8’
; cosaw
= 0,8895; sinaw
= 0,3971; tgaw
= 0,432.

6.2.4. Межосевое расстояние - аw

aw
= (Z1
+ Z2
) *
mп
/2 *
cosa/cosaw
= (17 + 26)8/2 .
0,93969/0,8895 = 181,632 мм.

6.2.5. Расчет диаметров зубчатых колес:

а) делительные диаметры:

d1
= Z1 *
mп
= 17 .
8 = 136 мм.

d2
= Z2*
mп
= 26 .
8 = 208 мм.

б) начальные диаметры:

dw1
= 2aw
/Un+1
= 2 .
181,632/1,5 + 1 = 145,3 мм.

dw2
= 2aw *
Un
/Un +1
= 2 .
181,632 .
1,5/1,5 + 1 = 217,9 мм.

в) коэффициент воспринимаемого сечения – Y

Y=(аw
– а)/mn
= 181,632 – 172/8 = 1,204.

г) коэффициент уравнительного сечения -DY

DY= Хå
- Y = 1,415 – 1,204 = 0,211.

д) диаметр вершин зубьев:

da1
= d1
+ 2(h*
a+ x1
- DY)mп
= 162,99 мм.

da2
= d2
+ 2(h*
a + x2
- DY)mп
= 224,89 мм.

е) диаметр впадины:

df
1
= d1
– 2(h*a + C* - x1
)mп
= 130,3 мм.

df2
= d2
– 2(h*a + C* - x2
)mп
= 196,2 мм.

ж) основные диаметры:

dв1
= d1
cosa = 136 .
0,93969 = 127,7 мм.

dв2
= d2
cosa = 208 .
0,93969 = 195,7 мм.

6.2.6. Шаг зацепления – P

P = pm = 3,14 .
8 = 25,15 мм.

6.2.7. Основной окружной шаг – Pв

Pв
= P.
cosa = 25,15 .
0,93969 = 23,6 мм.

6.2.8. Глубина захода зубьев – hd

hd = (2h*
a - DY)mп
= ( 2 .
1 – 0,211)8 = 14,3 мм.

6.2.9. Высота зуба – h

h = (2h*
a + C*
- DY)mп
= (2 .
1 + 0,25 – 0,211)8 = 16,31 мм.

6.2.10. Высота головок и ножек зубьев:

а) высота делительной головки шестерни – ha1
:

ha1
= (h*
a + x1
- DY)mп
= ( 1 + 0,898 – 0,211)8 = 13,49 мм.

б)высота делительной головки колеса – ha2
:

ha2
= (h*
a+ x2
- DY)mп
= (1 + 0,517 – 0,211)8 = 10,44 мм.

в) высота делительной ножки шестерни – hf
1
:

hf1
= (h*
a + C* - x1
)mп
= (1 + 0,25 – 0,898)8 = 2,81 мм.

г) высота делительной ножки колеса – hf
2
:

hf2
= (h*
a + C* - x2
)mп
= (1 + 0,25 – 0,517)8 = 5,86 мм.

д) высота начальной головки шестерни – haw
1
:

haw
1
= 0,5(da
1
– dw
1
) = 0,5( 162,99 – 145,3 ) = 8,84 мм;

е) высота начальной головки колеса – haw
2
:

haw
2
= 0,5(da
2
– dw
2
) = 0,5( 228,8 – 217,9 ) = 5,49 мм.

ж) высота начальной ножки шестерни – hwf
1
:

hwf
1
= 0,5(dw
1
– df
1
) = 0,5( 145,3 – 130,3 ) = 7,5 мм.

з) высота начальной ножки колеса – hwf
2
:

hwf
2
= 0,5(dw
2
– df
2
) = 0,5( 217,9 – 196,2 ) = 10,8 мм.

6.2.11. Окружная толщина зуба:

а) делительная толщина зуба шестерни – S1
:

S1
= pmп
/2 + 2x1
mп
tga = (3,14 *
8)/2 + 2 *
0,898 *
8 *
0,36397 = 17,7 мм.

б) делительная толщина зуба колеса – S2
:

S2
= pmп
/2 + 2x2
mп
tga = (3,14 *
8)/2 + 2 *
0,517 *
8 *
0,36397 = 15,57 мм.

в) начальная толщина зуба шестерни – Sw
1
:

Sw
1
= dw
1
(p/2Z1
+ 2X1
*
tga/Z1
+inva - invaw
) = 15,11 мм.

г) начальная толщина зуба колеса – Sw
2
:

Sw
2
= dw
2
(p/2Z2
+ 2X2
*
tga/Z2
+inva - invaw
) = 11,007 мм.

6.2.12. Проверка величин Sw
1
и Sw
2
:

Sw
1
+ Sw
2
= Pw
= pdw
1
/Z1
= pdw
2
/Z2

Sw
1
+ Sw
2
= 15,11 + 11,007 = 26,11 мм.

pdw
1
/Z1
= 3,14 *
145,3/17 = 26,8 мм.

pdw
2
/Z2
= 3,14 *
217,9/26 = 26,3 мм.

6.2.13. Проверка величин haи hf
:

h = ha1
+ hf
1
= 13,49 + 2,81 = 16,3 мм.

h = ha2
+ hf
2
= 10,44 + 5,86 = 16,3 мм.

h = hwa
1
+ hwf
1
= 8,84 + 7,5 = 16,3 мм.

h = hwa
2
+hwf
2
= 5,49 + 10,85 = 16,3 мм.

6.2.14.da1
+ df
2
= da2
+ df
1
;

162,99 + 196,2 = 224,89 + 130,3 .

356,19 = 359,19.

7. Построение эвольвентного смещенного зацепления цилиндрических колес
Z
1

и
Z
2

и его исследование.

7.1 Вычерчивание профилей (смотреть методические указания часть
III
“Проектирование и исследование сложной зубчатой передачи” )

О1
М1
= rв1
= 63,85 мм; О2
М2
= rв2
= 97,7 мм;

7.2 Длина линии зацепления

7.2.1. Длина линии зацепления – q мм.

q = М1
М2
= М1
W + WМ2
= rw1
sinan
+ rw2
sinan
;

q = аw
sinan
= 181,6 .
0,456 = 82,83 мм;

При замере длины отрезка на чертеже получаем :

(М1
М2
) = 83 мм. mL
= 1 мм/мм;

q = mL
( М1
М2
) = 1 *
83 = 83 мм.

М1
W = rw1
sinan
= 33,13 мм,

М2
W = rw2
sinan
= 49,68 мм,

7.2.2. Длина активной линии зацепления qa
.

qa
= L1
L2
= М1
L2
+ М2
L1
– М1
М2
.

qa
= L1
L2
= M1
L2
+ M2
L1
+ M1
M2
; qa
= Ö rа1
2
– rв1
2
+ Ö rа2
2
– rв2
2
- g ;

qa
= 50,9 + 58 – 8283 = 26,07 мм.

При замере длины отрезка на чертеже получаем:

(L1
L2
) = 26мм; qa
=ma
(L1
L2
) = 1 .
26 = 26 мм.

Длина дополюсной части активной линии зацепления:

qt
= L1
W = M2
L1
– M2
W = 58 – 49,68 = 8,32 мм.

Длина заполюсной части активной линии зацепления:

qa
= L2
W = M1
L2
– M1
W = 50,9 – 33,13 = 17,77 мм.

7.3 Активный профиль зуба

Слагается из профиля головки и части профиля ножки. Остальная часть ножки в зацеплении не участвуют, т.к. с сопряженным профилем она не участвует. Определение активных профилей смотри в методических указаниях, часть III.

7.4 Угол
ja

торцового перекрытия и дуга зацепления

7.4.1. Ð а1
о1
а2
= ja1
; Ð в1
о2
в2
= ja
2
;

ja1
= qa
/ rв1
= 26,07/63,85 = 0,408 рад = 240
35’.

ja
2
= qa
/ rв2
= 26,07/97,7 = 0,266 рад = 150
37’.

7.4.2. Основные дуги зацепления :

а1
а2
= Sв1
= qa
; в1
в2
= Sв2
= qa
;

Начальные дуги зацепления: для первого колеса – дуга АL
1
AL
2
, для второго колеса - дуга ВL
1
ВL
2
.

7.5. Определение коэффициента Е
a

торцового перекрытия

7.5.1. Еa
= ja1
/t1
= ja
2
/t2
; Еa
= qa
/р .
cosa = 26,07/25,15 .
0,93969 = 0,133.

7.8. Коэффициент
Ã
удельного давления

7.8.1. Он характеризует контактную прочность зубьев: Ã = m/rnp
, где m – модуль зацепления; rnp
– приведённый радиус кривизны в точке касания профиля.

7.8.2. Для наружного зацепления:

à = m(r1
+ r2
)/r1
r2
; r1
= М1
k ; r2
= М2
k;

r1
+ r2
= М1
k + М2
k = М1
М2
= q; Ã = mq/r1
(q - r2
);

q – длина линии зацепления; q = 83мм; m – модуль зацепления; m = 8 мм.

à = 664/r1
(83 - r1
);

7.8.3. По вычисленным значениям Ã строим график функции Ã = ò3
(x). Построение смотреть в методических указаниях часть III.

7.9. Проверка на заклинивание

7.9.1. rа2
<О2
М1
.

( О2
М1
)2
= аw
2
+ rв1
2
- 2 аw
rв1
соsan
;

rа2
= Ö аw
2
+ rв1
2
- 2 аw
rв1
соsan
;

7.9.2. Для проектируемой передачи:

rа2
= 114,44 мм; аw
= 181,632 мм; rв1
= 63,85 мм; соsan
= 0,895;

rа
<Ö 181,632
+ 63,852
– 2 .
181,632 .
0,89 .
63,85;

rа
<Ö 16421,1;

r2
< 128,14; 114,4 < 128,14;

7.10. Усилия, действующие в зацеплении

Т1
= N/w1
; где

М1
– момент на колесе z1
в мм

N – передаваемая зацеплением мощность в вm

w1
– угловая скорость колеса z1
в рад/с

N = 15600Вт; w1
= 177,9 рад/с;

Т1
= N/w1
= 15600/177,9 = 87,68 нм.

Окружное усилие – Рt
:

Рt
1-2
= - Рt
2-1
= 2Т1
/dw
1
= 2 .
87,68/145,3 = 1,2 н.

Радиальное усилие Рa
1-2
= - Рa
2-1
= Рt
1-2
tgan
= 1,2 .
0,3639 = 0,45 н.

aw
= 260
8’; соsaw
= 0,8895; tgaw
= 0,4322;

Нормальное усилие – Рн
: Рn
1-2
= - Pn
2-1
= Pt
1-2
/ соsaw
=1,2/0,8895 = 1,36 н.

Таблица 5

<

Точка на отрезкеМ1 М2	Х,мм	r1 ,нн	83 - r1 ,нн	r1 (83 - r1 )	Ã = 664/r1 (83 - r1 )
К0 ( М1 )	0	0	83	0	Беск.
К1	69	69	76,1	525,09	1,26
К2	13,8	13,8	69,2	954,9	0,69
К3	20,7	20,7	62,3	1289,6	0,51
К4 (L1 )	25	25	58	1450	0,45
К5	33	33	50	1500	0,44
К6	41,4	41,4	41,6	1722,2	0,38
К7 (W)	50	50	33	1650	0,402
К8	55,2	55,2	27,8	1534,5	0,432
К9	62,1	62,1	209	1297,8	0,51
К10	69	69	14	966	,687
К11	75,9	75,9	6,9	523,7	1,267
К12	83	83	0	0	Беск.

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
,
z
4

и
z
5

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.

dò
3
= 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.

dò
4
= 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.

dò
5
= 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
rw
1
= 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/rw
3
= 3,78/0,08 = 47,25 рад/с.

8.4.5. (О4
h) = 9 мм ; Vн
= mv
(О4
h) = 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
h
пл

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
иh2
- 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
+ J3
II

10.2 Определим величину приведенного момента инерции звеньев

Jз1
= Jко
+ Jш
(wш
/w )2
+ mш
(Vs
ш
/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
*
ek
2
= 0,00515 + 10,5 *
0,0252
= 0,0117 кг *
м2
.

J3
I
= 0,0117 + 0,0294 (wш
/177,9 )2
+ 4,7(Vs
ш
/177,9)2
+ 2,5(Vв
/177,9)2
.

10.3 Пользуясь этой формулой, составляем таблицу 6 для подсчета значений
J
3

I

,
J
3

II

,
J
3

для положений 12

Номер II
положения первого механизма всегда будет соответствовать номеру i положение коленчатого вала, а второй механизм: iII
= iI
+ 6, J3
II
(
i
)
= J3
I
(
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 - Тд
i
= Fс
*
r = Fс
*
0,7.

Графа 7 - Тд
II (i)
= Тд
I (i-6)
,

Графа 8 - Тд
= Тд
I
+ 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
= SD 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) + Тд
i
)/2.

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

D Ад
i
= Тдср
i
*
D j, D j = 300
= 0,523 рад.

D Ад
i
= 0,523 *
Тдср
i
,

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

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

Адц
= (SD Ад
)24
= 1439 нм.

11.3 Приращение кинетической энергии момента
D
Е

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

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
= Ад
i
- Ас
i
.

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 –
J
мп

.

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
*
wБ
2
= 0,5309,

tgYМ
= mJ
/2me
*
wм
2
= 0,524,

YБ
= 270
54’
; YМ
= 270
23’.

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 wер
2
= 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
= (Dп
4
– Dв
4
) brp/32,

Jм
= Jоб
= Dп
5
(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
= 5
Ö32 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
J
п

w
2

-
D
Е

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 Jпт
wБ
2
- 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 Jпт
wн
2
- 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
+
D
Е) /
J
п

.

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 (В0 В), 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) LcS ш /Lc в =	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	V2 вс , 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
	авс n = Vвс 2 /Lсв = = Vвс 2 /	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 авс t 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 аs ш 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 аs ш ,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

№ стр.	Величина	№ № положения
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Угол поворота кривошипа, j0	0	30	60	90	120	150	180	210	250	270	300	330	360
2	Абсолютное давление Ра = н/мм2	0,105	0,075	0,075	0,075	0,075	0,075	0,075	0,079	0,080	0,171	0,855	1,9095	3,300
3	Индикаторное давление, Рu = Ра – 0,1 н/мм2	0,005	-0,025	-0,025	-0,025	-0,025	-0,025	-0,025	-0,021	-0,020	0,071	0,755	1,809	32,0
4	Сила давления газов Fв = Рк А,н	82,523	-412,6	-421,6	-412,6	-412,6	-412,6	-412,6	-346,6	-330,0	1171,8	12460,9	29865	52814,8
5	Сила инерции поршня Fип = -9 ав,н	-5783,9	-4627	-1704,7	1278,5	2922,4	3409,5	3470,3	3409,5	2922,4	1278,5	-1704,7	-4627	-5783,9
6	Сумма сил F = Fв + Fип , н	-5701,38	--5699,7	-2117,3	865,88	2509,77	2996,8	3057,68	3062,86	2592,35	2450,3	10756,29	25237,9	47030,9
№ стр.	Величина	№ № положения
		13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
1	Угол поворота кривошипа, j0	390	420	450	480	510	540	570	600	630	660	690	720
2	Абсолютное давление Ра = н/мм2	5,6145	3,0495	1,439	0,5415	0,32775	0,265	0,128	0,105	0,105	0,105	0,105	0,105
3	Индикаторное давление, Рu = Ра – 0,1 н/мм2	5,5145	2,9495	1,335	0,4415	0,22775	0,165	0,028	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
4	Сила давления газов Fв = Рк А,н	91014,75	48680,39	22099,69	7286,79	3758,90	2723,26	462,00	82,523	82,523	82,523	82,523	82,523
5	Сила инерции поршня Fип = -9 ав,н	-4627,1	-1704,7	1278,5	2922,39	3409,46	3470,3	3409,5	2922,39	1278,5	-1704,7	-4627,1	-5783,9
6	Сумма сил F = Fв + Fип , н	86387,65	46975,69	23378,15	10209,18	7168,36	6193,56	3871,46	3004,913	1361,023	-1622,14	-4544,58	-5701,38

Таблица 6

№	№№ положений	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Угол поворота j0	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
2	Jко кг н2	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117	0,0117
3	(wш /w) = (wш /177,9)	0,2765	0,245	0,1416	0	0,1416	0,245	0,2765	0,245	0,1416	0	0,1416	0,245	0,2765
4	(wш /w)2 = = (wш /177,9)2	0,0765	0,06	0,02	0	0,02	0,06	0,0765	0,06	0,02	0	0,02	0,06	0,0765
5	Jш (wш /w)2 = = 0,0294(wш /177,9)2	0,0022	0,0018	0,0006	0	0,0006	0,0018	0,0022	0,0018	0,0006	0	0,0006	0,0018	0,0022
6	Vs ш /w = Vs ш /177,9	0,0492	0,0584	0,0646	0,0691	0,0646	0,0534	0,0492	0,0534	0,0646	0,0691	0,0646	0,0584	0,0492
7	(Vs ш /w)2 = (Vs ш /177,9)2	0,0024	0,0034	0,0042	0,0048	0,0042	0,0029	0,0024	0,0029	0,0042	0,0048	0,0042	0,0034	0,0024
8	mш (Vs ш /w)2 = =4,7 (Vs ш /177,9)2	0,0113	0,0159	0,0197	0,0226	0,0197	0,0136	0,0113	0,0136	0,0197	0,0226	0,0197	0,0159	0,0113
9	Vв /w = Vв /177,9	0	0,0506	0,0646	0,0691	0,0545	0,0208	0	0,0208	0,0545	0,0691	0,0646	0,0506	0
10	(Vв /w)2 = (Vв /177,9)2	0	0,0026	0,0042	0,0048	0,0029	0,0004	0	0,0004	0,0029	0,0048	0,0042	0,0026	0
11	mn (Vв /w)2 = =2,5 (Vв /177,9)2	0	0,0065	0,0105	0,012	0,0073	0,001	0	0,001	0,0073	0,012	0,0105	0,0065	0
12	Jз1 = Jко + Jш (wш /w )2 + mш (Vs ш /w)2 + mп (Vв /w)2	0,0252	0,0359	0,0425	0,0463	0,0393	0,0281	0	0,0281	0,0393	0,0463	0,0425	0,0359	0,0252
13	J3II(i) = J3I (I + 6) кг* м2	0,0281	0,0393	0,0463	0,0425	0,0252	0,0359	0,0252	0,0359	0,0425	0,0463	0,0393	0,0281	0
14	J3 = J31 + J3II кг * м2	0,0252	0,064	0,0818	0,0926	0,0818	0,064	0,0252	0,064	0,0818	0,0926	0,0818	0,064	0,0252

Таблица 7

№	j0	DЕ, нм	Е0 + DЕ	Jп = Jмп + J3	2 * (Е0 + DЕ) /Jп	w = Ö 2 * Е0 + DЕ /Jп
0	0	0	56932	3,505	31761,2	187,22
1	30	-52	56880	3,624	31390,73	177,17
2	60	-118	56814	3,642	31199,3	176,63
3	90	-210	56722	3,653	31169,99	176,55
4	120	-336	56932	3,642	31264,14	176,82
5	150	-497	56771	3,642	31330,57	177
6	180	-610	56658	3,585	31608,3	177,8
7	210	-455	56813	3,624	31363,75	177,1
8	240	-136	57132	3,642	315298	177,56
9	270	22	57290	3,653	31366	177,1
10	300	103	57971	3,642	3150,52	177,49
11	330	-220	57048	3,624	31483,4	177,44
12	360	-307	56961	3,586	31768,5	178,24
13	30	-154	57114	3,624	32519,8	177,53
14	60	173	57441	3,642	31543,66	177,6
15	90	326	57594	3,653	31532,44	177,6
16	120	321	57589	3,642	31624,93	177,83
17	150	322	57590	3,624	31782,56	178,27
18	180	305	57573	3,585	32110,8	177,21
19	210	251	57519	3,624	3210,8	178,2
20	240	193	57461	3,642	31145,5	177,1
21	270	140	57408	3,653	31043,4	172,5
22	300	90	57358	3,642	31113,1	176,3
23	330	47	57315	3,624	31802,0	178,4
24	360	0	57268	3,586	31402	178,22

Лист

18

КР 35. 06. 80. 18.

Литература

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу Теория механизмов и машин.

Структурное и кинематическое исследование плоско рычажного механизма. Часть I. Издание пятое Омск 1983 – 20 с.

2. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу Теория механизмов и машин.

Кинематическое исследование плоского рычажного механизма. ЧастьII. Издание пятое. Омск 1985 – 28с.

3. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу Теория механизмов и машин. Проектирование и исследование сложной зубчатой передачи. Издание четвёртое. Омск 1982 – 44с.

4. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу Теория механизмов и машин. Исследование движения механизма и расчёт маховика. Часть IV. Издание шестое. Омск 1998 – 32с.