Механизмы трактора. Задание № 2.Вариант 5.

Содержание:
1. Исходные данные.
2. Структурный анализ рычажного механизма
3. Кинематический анализ рычажного механизма
3.1 Планы положений.
3.2 Планы скоростей.
3.3. Планы ускорений.
3.4. Диаграммы движения поршня.
4. Силовой расчет рычажного механизма
4.1 Определение сил действующих в механизме.
4.2. Силовой расчет диады 2, 3.
4.3. Силовой расчет диады 4-5.
4.4. Силовой расчет входного звена.
5. Расчет маховика
5.1. Построение диаграмм приведенных моментов сил движущих и сил полезного сопротивления, работ сил движущих и сил полезного сопротивления, приращения кинетической энергии машины.
5.2. Построение диаграмм приведенных моментов и энергий.
5.3 Определение момента инерции маховика методом Н.И. Мерцалова
5.4 Конструирование маховика
5.5 Определение угловых скоростей иугловых ускорений звена приведения
6. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления
6.1 Геометрические параметры зацепления
6.2 Диаграммы удельных скольжений и коэффициента давления.
6.4 Синтез планетарной передачи
Литература

Механизмы трактора. Задание № 2.Вариант 5.

23,2
ωDE, рад/с
24,6
21,5
12,6
0,0
12,6
21,5
24,6
21,5
12,6
0,0
12,6
21,5
,
163,8
124,6
42,8
0,0
42,8
124,6
163,8
124,6
42,8
0,0
42,8
124,6
dn4, мм
3,3
2,5
0,9
0,0
0,9
2,5
3,3
2,5
0,9
0,0
0,9
2,5
pc, мм
63,6
50,5
18,6
13,6
31,8
37
37,4
37
31,8
13,6
18,6
50,5
aC, м/с2
3180
2525
930
680
1590
1850
1870
1850
1590
680
930
2525
рs2, мм
55
48,9
36,5
33,1
39,6
44,5
47,2
44,5
39,6
33,1
36,5
48,9
aS2, м/с2
2750
2445
1825
1655
1980
2225
2360
2225
1980
1655
1825
2445
n2c, мм
24,1
44,1
52,3
44,1
24,1
24,1
44,1
52,3
44,1
24,1
, м/с2
1205
2205
2615
2205
1205
1205
2205
2615
2205
1205
,рад/с2
4463
8166,7
9685,2
8166,7
4463
4463
8167
9685
8167
4463
pe, мм
37,4
37
31,8
13,6
18,6
50,5
63,6
50,5
18,6
13,6
31,8
37
aE, м/с2
1870
1850
1590
680
930
2525
3180
2525
930
680
1590
1850
рs4, мм
47,2
44,5
39,6
33,1
36,5
48,9
55
48,9
36,5
33,1
39,6
44,5
aS4, м/с2
2360
2225
1980
1655
1825
2445
2750
2445
1825
1655
1980
2225
n4е, мм
24,1
44,1
52,3
44,1
24,1
24,1
44,1
52,3
44,1
24,1
, м/с2
1205
2205
2615
2205
1205
1205
2205
2615
2205
1205
,рад/с2
4463
8166,7
9685,2
8166,7
4463
4463
8167
9685
8167
4463
3.4. Диаграммы движения поршня.
Строим диаграмму перемещения .
Масштаб перемещений
Масштаб времени
Диаграмму скорости строим методом графического дифференцирования диаграммы
Принимаем полюсное расстояние
Тогда
Продифференцировав диаграмму , получим диаграмму
Полюсное расстояние Масштаб ускорения определяем по формуле:
4. Силовой расчет рычажного механизма
4.1 Определение сил действующих в механизме.
Силовой расчет производим для первого положения поршня С соответственно седьмого положения поршня Е. Поршень С находится на стадии «сжатие», а поршень Е на стадии рабочий ход.
На поршень С действует сила давления газов:
где рг – давление газов в цилиндре; для данного положения рг=0,47рmax=0,47·2,2 = 1,034 МПа
Fп – площадь поршня;
На поршень Е действует сила давления газов:
где рг=0,12рmax=0,12·2,2 = 0,264МПа
Fп – площадь поршня;
Определение сил тяжести звеньев
Определение сил инерции звеньев
Прикладываем силы инерции и моменты к звеньям механизма. Силы Fu2 и Fu4, прикладываем в точки S2 и S4, силы Fu3 и Fu5- в точки С и Е. Направляем их параллельно и противоположпо своим ускорениям. Момен­ты Mu2 и Mu4 от пар сил инерции направляем противоположно угловым ускоре­ниям ε2 и ε4.
4.2. Силовой расчет диады 2, 3.
Приложим к этим звеньям все известные силы: G2, Fu2, G3, Fu3, РГ3. Действие звена 1 и стойки 0 заменяем неизвестными реакциями R12 и R03. Реакцию R12 для удобства вычислений раскладываем на 2 составляющие: Rn12 - по оси эвена 2 и Rτ12 - перпендикулярно оси звена. R43 - ре­акция со стороны стенки цилиндра на поршень 3, направлена она перпендику­лярно оси цилиндра. Вначале определяем величину реакции Rτ12 из суммы мо­ментов всех сил, действующих на звено 2, :
Откуда
Реакции Rn12 и R03 определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 2,3:
Rn12 + Rτ12+ Fu2+G2+ Fu3+ GГ3 + P3 + R43=0.
Построение плана сил. Из произвольной точки а в масштабе µf =0,01 мм/Н откладываем последовательно все известные силы Rτ12, Fu2, Fu3, PГ3, перенося их параллельно самим в план сил (силы тяжести G2 и G3 ввиду их малого значения не учитываем). Далее через конец вектора PГ3-Fu3 проводим линию, перпендикулярную оси цилиндра АС до пересечения с прямой, проведен­ной из точки В параллельно оси звена ВС. Точка пересечения этих прямых опре­делит модули реакций Rn12 и R03. Итак,
R12= R12/ µf = 91,1/0,01 =9110 Н, R03= R03/µf = 65,14/0,01 =6514 Н.
Определяем реакцию R32 во внутренней паре со стороны ползуна 3 на ша­тун 2, рассматривая равновесие звена 2. Запишем уравнение равновесия:
Rl2+G2+Fu2+R32 = 0
В этом уравнении силы R12, Fu2 известны по величине и направлению. Огкладываем их последовательно в масштабе µf = 0,005 мм/Н (силой тяжести G2 ввиду ее малости пренебрегаем). Реакция R32 замкнет этот многоугольник. Модуль ее равен:
R32= R32/µf = 32,6/0,005 =6520 Н.
4.3. Силовой расчет диады 4-5.
Приложим к этим звеньям все известные силы: G4, Fu4, G4, Fu4, РГ4. Действие звена 1 и стойки 0 заменяем неизвестными реакциями R14 и R05. Реакцию R14 для удобства вычислений раскладываем на 2 составляющие: Rn14 - по оси эвена 2 и Rτ14 - перпендикулярно оси звена. R05 - ре­акция со стороны стенки цилиндра на поршень 5, направлена она перпендику­лярно оси цилиндра. Вначале определяем величину реакции Rτ14 из суммы мо­ментов всех сил, действующих на звено 4, :
Откуда
Реакции Rn14 и R05 определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 4,5:
Rn14 + Rτ14+ Fu4+G4+ Fu5+ G5 + PГ5 + R05=0.
Построение плана сил. Из произвольной точки а в масштабе µf = 0,01 мм/Н откладываем последовательно все известные силы Rτ14, Fu4, Fu5, PГ5, перенося их параллельно самим в план сил (силы тяжести G4 и G5 ввиду их малого значения не учитываем). Далее через конец вектора PГ3+Fu3 проводим линию, перпендикулярную оси цилиндра АС до пересечения с прямой, проведен­ной из точки В параллельно оси звена ВС. Точка пересечения этих прямых опре­делит модули реакций Rn12 и R03. Итак,
R14= R14/µf = 122,74/0,01 =12274 Н, R05= R05/µf = 0,61/0,01 =61 Н.
Определяем реакцию R54 во внутренней паре со стороны ползуна 5 на ша­тун 4, рассматривая равновесие звена 4. Запишем уравнение равновесия:
Rl4+G4+Fu4+R54 = 0
В этом уравнении силы R14, Fu4 известны по величине и направлению. Огкладываем их последовательно в масштабе µf = 0,005 мм/Н (силой тяжести G2 ввиду ее малости пренебрегаем). Реакция R53 замкнет этот многоугольник. Модуль ее равен:
R54= R54/µf = 23,6/0,005 =4720 Н.
4.4. Силовой расчет входного звена.
Прикладываем к звену 1 в точке В силу R21= - R12 и в точке D силу R41= - R14, а также пока еще неизвестный уравновешивающий момент Мy, направив его предварительно против часовой стрелки. Так как центр масс S, совпадает с точкой F, то Fu1=0, а ω= const, то и Mu1= 0. Вначале из уравнения моментов всех сил относительно точки А определяем Мy.
,
откуда .
В шарнире А со стороны стойки 0 на звено 1 действует реакция R01 кото­рую определяем построением многоугольника сил согласно векторному уравне­нию R41+R21+G1+R01=0. Откладываем последовательно 3 известные силы R41, R21, G1 в масштабе µf = 0,005 мм/Н. Соединив начало R41 c концом G1, получим ре­акцию R01.
R01= R01/µf = 102,94/0,005 =20480 Н.
4.5 Расчет мощностей.
Для каждого положения начального звена мгновенная мощность для механизмов двигателей
где РД – мощность движущих сил, Вт.
РТ – мощность сил трения, Вт; ее определяют как сумму мощностей трения во всех кинематических парах.
где k—число поступательных пар; в механизме ДВС k = 2; т — число вращательных пар; m = 5; Rп — реакция в поступательной паре, Н (R03, R05); RB— реакция во вращательной паре (R01, R12, R14, R23, R45); fП — коэффициент трения в поступательной паре; рекомендуется принимать fП =0,1; fB — коэффициент трения во вращательной паре fB = 0.08; Vr — относительная скорость в поступательной паре, м/с ( VC, VE); ωr — относительная угловая скорость, с-1; определяется с учетом знаков угловых скоростей ωi и ωj соседних звеньев по формуле:
В точках В и D механизма ДВС:
,
в точке А ;
в точках С и Е ;
r - радиус шарнира, м; определяется ориентировочно
из расчета на износостойкость.
Диаметр шарнира в мм:
где [р] —допускаемое давление; принимаем [р] = 15 МПа для антифрикционной пары сталь-бронза.
В этом случае и соответственно .
Во вращательной паре 0-1 (коренная шейка) диаметр шарни­ра кроме того определяем из расчета на кручение по уравнове­шивающему моменту Му в Нм:
где [τ] —допускаемое напряжение на кручение; принимаем [τ] = 15 МПа
Примем ; ; ;
Тогда
Механический КПД для двигателя рассчитываем по формуле:
5. Расчет маховика
5.1. Построение диаграмм приведенных моментов сил движущих и сил полезного сопротивления, работ сил движущих и сил полезного сопро­тивления, приращения кинетической энергии машины.
Определим приведенный момент сил сопротивления сжатию сена (полезного сопротивления) для 12 положений (табл. 3.1).
где РГ3 , РГ5 – силы давления газов
vC, vЕ - скорость точек С и Е приложения силы P3;
ω1 =190 рад/с - угловая скорость входного звена;
α - угол между векторами PГ3 и vС ; PГ5 и vЕ ;
Результаты вычислений для 12 положений, т.е. для первого оборота приведены в таблице 5.1.
р/
рmax
рГ3, МПа
РГ3, Н
VC
cosα
р/
рmax
рГ5, МПа
РГ3, Н
VC
cosα
МД, Нм
12
-1
-1
11
-0,01
-0,022
-84,62
8,15
-1
0,01
0,022
84,62
5,15
-1
1,34
10
-0,01
-0,022
-84,62
13,05
-1
0,02
0,044
169,2