Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ лабораторная 2010 по технологии | Руководство, Проектов, Исследование Материаловедение и технологии материалов
Скачай Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ лабораторная 2010 по технологии и еще Руководство, Проектов, Исследование в формате PDF Материаловедение и технологии материалов только на Docsity! 1. Структурный анализ механизма Представлен кривошипно-ползунный механизм. Число степеней исследуемого механизма определим по формуле Чебышева: (1) где n – число подвижных звеньев в составе исследуемой кинематической цепи; p4 и p5 – соответственно число пар четвертого и пятого класса. Для определения величины коэффициента n проанализируем структурную схему механизма (рисунок 1): Рисунок 1 – Структурная схема механизма Структурная схема механизма состоит из четырех звеньев: 1 – кривошип, 2 – шатун АВ, 3 – ползун В, 0 – стойка, при этом звенья 1 – 3 являются подвижными звеньями, а стойка 0 – неподвижным звеном. Она представлена в составе структурной схемы двумя шарнирно-неподвижными опорами и направляющей ползуна 3. Следовательно, n=3. Для определения значений коэффициентов p4 и p5 найдем все кинематические пары, входящие в состав рассматриваемой кинематической цепи. Результаты исследования заносим в таблицу 1. Таблица 1 – Кинематические пары № Кинематическ ая пара (КП) Схема кинема- тической пары Класс кинема- тической пары Степень подвиж- ности 1 0 – 1 5 вращательная 1 2 1 – 2 5 вращательная 1 3 2 – 3 5 вращательная 1 4 3 – 0 5 вращательная 1 Из анализа данных таблицы 1 следует, что исследуемый механизм ДВС с увеличенным ходом поршня состоит из семи пар пятого класса и образует замкнутую кинематическую цепь. Следовательно, p5=4, а p4=0. Подставив найденные значения коэффициентов n, p5 и p4 в выражение (1), получим: (1) Рисунок 3 – Первичный механизм Данная группа звеньев состоит из подвижного звена – кривошипа 1, стойки 0 и одной кинематической пары: 0 – 1 – вращательная пара пятого класса; тогда n=1; p5=1, a p4=0.
Подставив найденные значения в выражение (1), получим: Следовательно, группа звеньев 1 – 2 действительно является первичным механизмом с подвижностью 1. Структурная формула механизма МЕХАНИЗМ=ПМ(W=1) + СГА(2 класс, 2 порядок, 2 вид) 2. Синтез кинематической схемы Для синтеза кинематической схемы сперва необходимо установить масштабный коэффициент длин μℓ. Для нахождения μℓ необходимо взять натуральный размер кривошипа OС и разделить его на размер отрезка произвольной длины │OС│: После этого, с помощью масштабного коэффициента длин, переводим все натуральные размеры звеньев в отрезки, с помощью которых мы будем строить кинематическую схему: После вычисления размеров приступаем к построению одного положения механизма (рисунок 4) с помощью метода засечек. Для этого сперва вычерчиваем стойку 0 на которой закреплен кривошип. Затем проводим через центр окружности, которая была начерчена для построения стойки, горизонтальную прямую ХХ. Она необходима для последующего нахождения центра ползуна 3.
Далее из центра этой же окружности проводим две другие радиусом и . Затем от туда же строим чертим отрезок длиной под углом к горизонтальной прямой ХХ. Точки пересечения этого отрезка с построенными окружностями будут точками А и С соответственно. Затем из точки А строим окружность радиусом . Точка пересечения этой окружности с прямой ХХ будет являться точкой В. Вычерчиваем направляющую для ползуна, которая будет совпадать с прямой ХХ. Строим ползун и все остальные необходимы детали чертежа. Обозначаем все точки. Синтез кинематической схемы завершен. Отрезок, изображающий вектор скорости точки С, найдем, воспользовавшись теоремой подобия: (8) откуда . (9) Отложив отрезок на плане скоростей найдем положение точки с. Этот отрезок будет являться вектором скорости точки С. Вектор скорости точки В, принадлежащей шатуну 2, представляет собой геометрическую сумму вектора скорости точки А и вектора скорости от носительного вращательного движения точки В вокруг точки А: (10) В то же время точка В принадлежит и ползуну 3.
Ползун 3 совершает только прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль направляющей XX, следовательно, линия действия вектора скорости точки В проходит параллельно XX: . (11) Разрешив графически векторные уравнения (9, 10, 11), построим план скоростей (рисунок 5). Замерив для каждого плана скоростей длину векторов и с помощью масштабного коэффициента скоростей, найдем числовые значения по формулам (12) Так же рассчитаем угловые скорости для звеньев, совершающих вращательное движение: (13) Для упрощения расчетов построим таблицу (таблица 2), внося найденные значения по уравнениям (12) и (13) линейных и угловых скоростей, соответственно: Таблица 2 – Линейные, угловые скорости положения механизма Положени е Линейные скорости (м/с) Угловые скорости (с-1) 1 29,3 29,3 11,1 22,7 9,77 36,63 8,53 Рисунок 5 – План скоростей Для построения плана ускорений составим векторные уравнения. Вектор Используя найденные значения отрезков, определим модули соответствующих ускорений: (20) Так же, для расчетов, необходимо определить ускорения центров масс представленных звеньев.
Центры масс шатунов 2, 4 и коромысла 3 считаем расположенными по середине этих звеньев. Соединив на планах ускорений точки и a, а и b; и определив середины этих отрезков мы получим центры масс звеньев s1, s2. Проведя от точки вектора к вышеуказанным точкам мы получим соответствующие вектора ускорений центров масс. Измеряя длину этих отрезков мы сможем определить модули этих отрезков: (21) Определим угловые ускорения звеньев: (22) Угловая скорость кривошипа 1 является постоянной величиной, следовательно, угловое ускорение этого звена равно нулю, т.е. . Ползун 3 совершает только поступательные движения, следовательно, угловое ускорение этого звена тоже равно нулю, т.е. . Таблица 3 – Нормальные составляющие ускорений Положение м/с2 м/с2 1 1073 94,8 1076 752 753 827 Кинематический анализ успешно проведен. Рисунок 6 – План ускорении 4. Определение сил, действующих на звенья механизма На каждое звено плоского рычажного механизма действует сила тяжести, которая находится по формуле: (23) где g=9,81 м/с2 — ускорение свободного падения, а — масса i-го звена.
Для определения массы каждого звена плоского рычажного механизма воспользуемся следующими формулами: (24) Далее определяем силы тяжести для каждого звена плоского рычажного механизма: (25) Также мы можем определить силы инерции, действующие на звенья плоского рычажного механизма, по формуле: (26) где — масса i-го звена, а — ускорение центра масс i-го звена. Уславливаемся, что центр масс кривошипа лежит на оси его вращения, т.к в большинстве случаев кривошип – вал механизма, т.е Также уславливаемся, что у линейных звеньев центр масс лежит на середине звена. Значения ускорений центра масс найдены в кинематическом анализе плоского рычажного механизма. Находим силы инерции: Разорванную связь 1-2 заменяем реакцией R12, раскладывая ее на составляющие и , а нормаль XX реакцией R03. Составляем уравнение равновесия: (31) (32) Уравнение равновесия (32) содержит три неизвестных , и , следовательно, его статическая неопределимость равна двум. С целью раскрытия статической неопределимости найдем модуль .
Звено АВ: (33) В результате проведенных вычислений уравнение (32) содержит две неизвестных и , следовательно статическая неопределимость раскрыта полностью. Уравнение равновесия примет следующий вид: (34) Определение оставшихся неизвестных выполним с помощью плана сил. Для этого необходимо выбрать масштабный коэффициент плана сил: (35) Переведем в масштабный коэффициент оставшиеся силы: (36) По полученным величинам строим план сил в масштабном коэффициенте (рисунок 7). По построенному плану сил определяем неизвестные , и : (37) Рассмотрим первичный механизм. Направляем уравновешивающую силу перпендикулярно оси кривошипа, в противоположную сторону вращения оси кривошипа. Вектор выходит из подвижной точки кривошипа. Составляем уравнение равновесия: (38) Составляем уравнение моментов сил относительно точки O: (39) Из уравнения (4.23) определяем : Уравнение равновесия примем следующий вид: (4.24) Определим оставшиеся неизвестные с помощью плана сил. Для этого необходимо выбрать масштабный коэффициент сил: Переведем в масштабный коэффициент оставшиеся силы:
Схема — кривошипно-шатунный механизм — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Схема кривошипно-шатунного механизма: / — поршень; 2 — кривошип; 3 — шатун; 4 — поршневой шток 5 — ползун.
[1]
Схема кривошипно-шатунного механизма тепловоза, когда два двигателя работают на общий тяговой вал. [2]
На схеме кривошипно-шатунного механизма ( рис. 5) показан рабочий процесс такого двигателя. Поршень 3 перемещается в цилиндре 2, который является для него направляющим. [3]
Изменение коэффициента подачи.| Зависимость подачи ( а и коэффициента подачи ( б от степени разрежения. [4] |
На рис. 5.6 представлена схема кривошипно-шатунного механизма, применяемого в поршневых насосах для преобразования вращательного движения вала в поступательное движение поршня. [5]
На рис. 57 показана схема кривошипно-шатунного механизма. Все точки кривошипа перемещаются по окружностям различных радиусов. Все точки ползуна перемещаются по прямолинейным траекториям. [6]
На рис. 20 изображена схема кривошипно-шатунного механизма.
[7]
На рис. 11 показана схема кривошипно-шатунного механизма. [8]
Изменение коэффициента подачи.| Зависимость подачи ( а и коэффициента подачи ( б от степени разрежения. [9] |
На рис. 5.6 представлена схема кривошипно-шатунного механизма, применяемого в поршневых насосах для преобразования вращательного движения вала. [10]
На рис. 3 показана схема кривошипно-шатунного механизма одноцилиндрового двигателя
при различных положениях кривошипа и поршня. [11]Аналогично может быть решена задача о проектировании схемы кривошипно-шатунного механизма по заданному коэфициенту К. Далее на оси движения х — х ползуна С отмечают крайние положения С и С ползуна ( фиг. [12]
В основу прибора, смонтированного силами кафедры, положена схема кривошипно-шатунного механизма. Вспомогательные плоскости выполнены из плексигласа и свободно насажены на оси А и В. При медленном вращении кривошипа можно легко добиться того, чтобы эти плоскости двигались поступательно, причем для большей стабильности нижние кромки пластинок следует утяжелить, а отверстия для подвешивания их к осям просверлить в точках, находящихся выше центров тяжести пластинок.
[13]
Для построения кривой скорости поршня на рис. 46, б использована
Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. На рис. 30 показаны схемы кривошипно-шатунных механизмов, применяемых в двигателях. [15]
Страницы: 1 2
6.5: Диаграмма кривошипа — Инженерные тексты LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 88577
- Билл Уилсон
- Университет Райса
На самом деле у нас еще есть несколько вариантов.
Нанесем эти две величины на комплексную плоскость, начиная с s=0s0 (нагрузочный конец линии). Мы можем представить ΓνΓν, коэффициент отражения, его величиной и фазой, которые равны |Γν|Γν и φΓφΓ соответственно. Для числителя мы наносим 1, а затем добавляем комплексный вектор ΓΓ, который имеет длину |Γ|Γ и расположен под углом φΓφΓ по отношению к действительной оси, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Знаменатель точно такой же, за исключением того, что вектор \(\Gamma\) указывает в противоположном направлении, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\).
Рисунок \(\PageIndex{1}\): График 1+Γν1ΓνРисунок \(\PageIndex{2}\): График 1−Γν1Γν Верхний вектор пропорционален VsVs, а нижний вектор пропорционален IsIs, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\).
. скорость -2βс-2βс, как показано на рисунке \(\PageIndex{4}\). По мере их вращения один вектор становится длиннее, а другой короче, а затем происходит обратное. В любом случае, чтобы получить ZsZs, мы должны разделить первый вектор на второй. В общем, сделать это непросто, но есть каких-то мест, где не так уж и плохо. Один из них — когда 2βs=−θΓ2βsθΓ, что показано на рисунке \(\PageIndex{5}\).
Рисунок \(\PageIndex{4}\): Вращение векторов на диаграмме кривошипа. Рисунок \(\PageIndex{5}\): Вращение диаграммы кривошипа до значения VmaxVmax. просто лежащий на реальной оси. Очевидно, что его длина теперь равна 1+|Γ|1Γ. Точно так же текущий вектор также лежит на вещественной оси и имеет длину 1−|Γ|1Γ. Разделив одно на другое и умножив на Z0Z0, мы получим ZsZs на данный момент.
Zs=Z01+|Γν|1−|Γν|ZsZ01Γν1Γν
Где находится эта точка и имеет ли она какое-то особое значение? Для этого нам нужно вернуться к нашему выражению для VsVs в этом уравнении.
Vs=V+eiβs(1+Γνe-2iβs)=V+eiβs(1+|Γν|ei(θΓ−2 βs))=V+eiβs(1+|Γν|eiφs)VsV+βs1Γν-2βsV+βs1ΓνθΓ2βsV+βs1Γνφs
, где мы заменили вектор ΓνΓν |Γν|eiθΓνθ, а затем определили новый угол φs=θΓ−2βsφsθΓ2βs.
Теперь давайте найдем величину VsVs. Для этого нам нужно возвести в квадрат действительную и мнимую части, сложить их, а затем извлечь квадратный корень.
|Vs|=|V+|(1+|Γν|eiφs)=|V+|1+|Γν|cosφs2+|Γν|2sin2φsVsV+1ΓνφsV+1Γνφs2Γν2φs2
так,
|Vs|=|V+|1+2|Γν|cosφs+|Γν|2cos2φs+|Γν|2sin2φsVsV+12ΓνφsΓν2φs2Γν2φs2
, что, поскольку sin2·+cos2·=1·2·21
|Vs|=|V+|1+|Γν|2+2|Γν|cosφsVsV+1Γν22Γνφs
Помните, что φsφs — это угол, который изменяется в зависимости от ss. В частности, φs=θΓ−2βsφsθΓ2βs. Таким образом, когда мы движемся вниз по линии, |Vs|Vs будет колебаться, как колеблется cosφsφs. Типичный график для VsVs (для |Γν|=0,5Γν0,5 и θΓ=45°θΓ45°) показан ниже на рисунке \(\PageIndex{6}\).
Эта страница под названием 6.5: Crank Diagram доступна в соответствии с лицензией CC BY 1.0 и была создана, изменена и/или курирована Биллом Уилсоном посредством исходного контента, который был отредактирован. к стилю и стандартам платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- Билл Уилсон
- Лицензия
- СС BY
- Версия лицензии
- 1,0
- Программа OER или Publisher
- Показать оглавление
- нет
- Теги
- источник@https://cnx.
org/contents/[email protected]:1sKbR9Vg@22
- источник@https://cnx.
Кривошипно-шатунный механизм — свободные схемы корпуса
Разрешению различными методами мы посвятили три урока перемещение, скорость и ускорение (кинематика) элементы ползункового и кривошипного механизма. Теперь мы переходим к изучение сил и моментов в отдельных элементах конструкции. механизм, использующий принципы статического равновесия.
В этом уроке мы разрабатываем простые диаграммы свободного тела, пренебрегая инерцией, трением и гравитационными силами, для ползунка и кривошипно-шатунные механизмы с загрузкой на рабочем такте и такте сжатия. Для предпочтения мы используем термин «поршень» (заключенный в цилиндр), а не «ползун».
Диаграммы свободного тела
Диаграмма свободного тела (показывает силы и моменты на машине
элементы как первый шаг к расчетам с использованием статического равновесия
условиях (сумма сил = 0, сумма моментов = 0). В
В следующем уроке мы объясним, как силы инерции включаются в
анализ статической силы с использованием принципа Даламбера.
Пример 1 рабочий ход наружу
На рисунке ниже показан рабочий ход наружу* горизонтальный двигатель, производящий вращение против часовой стрелки кривошип показан при угле кривошипа θ = 50°. Размеры и другие параметры идентичны примеры в учебниках по кинематике с поршнем добавлена сила F P . Диаграммы свободного тела и расчетные значения сил и моментов, конечно, разные для каждого угла поворота коленчатого вала в течение полного цикла от 0° до 360°.
* Для двигателей с горизонтальным расположением оконечностей
перемещения поршня известны как внутренняя мертвая точка в
угол поворота коленчатого вала = 0° и наружная мертвая точка при угле поворота коленчатого вала 180°.
Соответствующие термины для вертикального двигателя соответственно верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка . Обозначение
для вертикальных двигателей обычно используется для внутреннего сгорания
двигателей независимо от их ориентации.
Рисование диаграмм
Мы рисуем диаграммы свободного тела для трех отдельных элементов: поршень, шатун и кривошип. Линия действия г. сила передается через центр шарнирных соединений. В этом случае мы рассматриваем штифты просто как средство передачи усилий между элементами, но их можно рассматривать как отдельные элементы со своими схемами. Длина стрелы не имеет значение с точки зрения величины силы.
Диаграммы свободного тела для каждого элемента показаны ниже. Описание ниже поясняется, как рисуются диаграммы.
Начиная со штифта B, соединяющего поршень и шатун, мы
знать направление и величину F P . Единственный
другая сила, действующая на штифт B, исходит от шатуна с
направление определяется углом φ. Удобно рассматривать
силы как компоненты по координатам x и y, таким образом, мы обозначаем
силы от шатуна, действующие на поршень в виде R хВ и R yB . В данном случае направления R xB и R xY можно назначить интуитивно (соединяющий
стержень оказывает горизонтальную силу в направлении, противоположном F P и вертикальную силу вниз).
Отсюда следует, что R yB сопровождается равным и противодействующая сила R yS , которая представляет собой приложенную силу реакции от стенки цилиндра к поршню. (Мы могли бы продолжить, показав силы действия и реакции между креплениями цилиндра и землей но это лишнее для нашей цели). Не всегда быть можно определить направление силы с помощью интуиции, но как до тех пор, пока данное направление применяется в соответствии с координатные оси, знаки расчетных сил и моментов в конечном счете будут правильными.
Поскольку все силы на поршень действуют через общую точку на контакте B нет моментов для рассмотрения.
Переход к схеме шатуна, силы, действующие на
стержень у пальца B равны и противоположны силам R xB и
R yB действует на поршень. На штифт А действуют силы
в паре с кривошипом, обозначенным R xA и R yA. Поскольку на шатун не действуют никакие другие силы,
направления R xA и R yA должны быть
в отличие от R xB и R yB из равновесия
условия для сил в направлениях x и y.
Силы, действующие на шатун, не направлены через одной точке, следовательно, необходимо учитывать моменты, либо моменты силы на штифте А вокруг штифта В или наоборот, выбор произвольный (Смотри ниже).
На шатуне силы R xA и R yA на штифт А равны и противоположны силам, действующим на шатун. На штифт О действуют силы R xO и R yO передается через шейку O коленчатого вала. О — шейка коленчатого вала. Потому что нет другие силы на шатуне, направления R xO и R yO противопоставлены R xA и R yA .
R xA и R yA генерируют момент против часовой стрелки относительно штифта O. Чтобы шатун был в статическом равновесии момент по часовой стрелке M O должен быть применяемый.
Уравнения равновесия и расчеты
Рекомендуется изначально размещать все члены в левой части
уравнения в соответствии с их знаком в соответствии с определенными x и y
оси. Это гарантирует, что любое неправильно назначенное направление будет выделено
при решении уравнений.
Поршень
Для Σ горизонтальных сил = 0 :
F P — R xB = 0 дает R xB = F P = 1 кН ——— (1)
R yB = R yS (значение R yB выводится из условий равновесия шатуна)
Шатун
Для Σ горизонтальных сил = 0 :
R xB — R xA = 0 дает Р хВ = Р х А дает из (1) R xA = 1 кН ——— (2)
Для Σ вертикальных сил = 0 :
R yB — R yA дает R yB = R yA ——— (3)
Для моментов Σ = 0 :
Моменты сил выбираем R хA и R yA вокруг штифта B (момент против часовой стрелки равен +ve). Р хВ и R yB не имеют момента, так как действуют через B.
Из геометрии главной диаграммы: R yA x AB.Cosφ — R xA x AB.Sinφ = 0 дает R xA x AB.Sinφ = R yA x AB.Cosφ
дает R yA = R xA x Tanφ дает из (2) R лА = 1000 x Tan(14,79°)
дает R yA = 264 N ———(4) что из (3) дает R yB = R yS = 264 N
Crank arm
For Σ horizontal forces = 0 :
R xA — R xO = 0 gives R xA = R xO из (2) дает R хА = R хО = 1 кН
Для Σ вертикальных сил = 0 :
R йА — R йО = 0 дает R yA = R yO из (4) дает R yA = R yO = 264 N
Для моментов Σ = 0 :
Моменты относительно O: R хА х
OA. Sinθ + R yA x OA.Cosθ — M O = 0
дает M O = R xA x OA.Sinθ + R лА x OA.Cosθ = 1000 x 1 x Sin(50°) + 264 x 1 x Cos(50°)
дает M O = 935 Нм
Расчетные значения сил и моментов указаны на схемы ниже.
Из диаграмм можно сделать следующие выводы.
- Во внутренней и внешней мертвой точке центральные положения (т.е. углы кривошипа θ = 0° и 180°) все вертикально силы в шарнирных соединениях равны нулю, а действие всех горизонтальных сила передается через шейку O коленчатого вала. Таким образом, нет момент вокруг штифта O. При таких углах поворота коленчатого вала двигатель производит нулевой крутящий момент.
- Для двигателя двойного действия, где
внутренний ход также является рабочим ходом (угол кривошипа от 180° до 360°) направление
Ф Р , воздействуя на поршень, меняет направление и, следовательно,
все горизонтальные силы на штифтовых соединениях меняются местами.
Вертикальные силы на штифтовые соединения не переворачиваются. Чтобы визуализировать это, представьте шатун давит на поршень при ходе наружу и протягивая поршень вниз при ходе внутрь. На обоих ход поршня оказывает направленное вниз усилие на стенку цилиндра.
- Силы, передаваемые вдоль кривошипа и шатун могут быть решены из компонентов горизонтальные и вертикальные силы вдоль соответствующих линий, как показано ниже. Силы рассматриваются в шарнирном соединении B для шатун и штифт A для кривошипа. Штырь шарниры A и O соответственно могут быть использованы с одинаковым успехом. В силы этого экземпляра были нарисованы в масштабе.
Пример 2 сжатие внутрь ход
На рисунке ниже показана конфигурация для внутреннего сжатия
ход, который может применяться к поршневому газовому компрессору,
такта сжатия двигателя внутреннего сгорания или объемного вытеснения
насос. Угол кривошипа в этом примере составляет 310°. Этот
угол является зеркальным отражением
рассмотренный выше угол поворота коленчатого вала двигателя при его ходе наружу.
Схемы свободного тела показаны ниже. Интуитивно мы визуализируем шатун, толкающий вверх на поршень с приводным крутящим моментом от коленчатого вала, в результате чего на стенку цилиндра действует направленная вверх сила. Обратите внимание, что «уравновешивающий» крутящий момент на шейке коленчатого вала O, необходимый для статического равновесие против часовой стрелки.
Изменение направления вращения* коленчатого вала не изменить направление сил в двух наборах диаграмм выше. Такты мощности и сжатия теперь будут происходить, когда кривошип соответственно ниже и выше горизонтальной центральной линии между поршень и шейка коленчатого вала.
* На практике направление вращения
двигатели внутреннего сгорания необратимы и определяются
фиксированное расположение впускных и выпускных клапанов топлива. Готовить на пару
двигатели можно реверсировать, регулируя синхронизацию подачи пара и
выпускные клапаны за счет независимого движения клапанного механизма.