В В Е Д Е Н И Е.

Машиностроение – одна из ведущих отраслей промышленности, которая занимается изготовлением орудий производства, качество которых определяет качество жизни людей.

На различных предприятиях и в организациях широко применяются электроустановки, обеспечивающие получение электроэнергии для нужд производства.

В курсовом проекте по ТММ и М изучаются основы проектирования новых машин на основе технического задания реального промышленного предприятия. В процессе выполнения данного проекта студент приобретает навыки подбора механизмов, обеспечивающих выполнение заданных функций, навыки определения кинематических и динамических характеристик машин, оценки их энергопотребления.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ МАШИНЫ.

Основой при проектировании машины выбираем схему прототипа – техническое решение наиболее близкое к заданному. За прототип принимаем схему известной машины данного типа ([1] рис. 6.1, стр. 202). При проектировании вносятся обоснованные изменения в схему прототипа.

Рис. 1.1 Механизмы двигателя

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий электрический ток.

В кривошипно-ползунном механизме двигателя, состоящем из кривошипа 1, шатуна 2 и ползуна (поршня) 3 (рис. 1.1,а), возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипа. Рабочий цикл в цилиндре двигателя совершается за один оборот коленчатого (кривошипного) вала. Кулачковый механизм с тарельчатым толкателем 5 предназначен для управления выхлопным клапаном 6, через который производится очистка цилиндра от продуктов сгорания. Кулачок 4, закрепленный на одном валу с зубчатым колесом Z₆, получает вращение через зубчатую передачу Z₄ – Z₅ – Z₆, причем Z₄ = Z₆. Колесо Z₄ установлено на кривошипном валу, который через повышающий планетарный механизм 7 (мультипликатор) приводит во вращение вал электрогенератора 8. Для получения требуемой равномерности движения на кривошипном валу закреплен маховик 9.

Структуру электроустановки – прототипа ([1] рис. 6.1, стр. 202) принимаем за основу. В состав машины включаем источник движения – одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания (рис.1.2.) в виде кривошипно-ползунного механизма 1, который обеспечивает преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа (коленчатого вала), которое передается кулачковому механизму 4 через зубчатую передачу и через зубчатый планетарный механизм 2, повышающий частоту вращения коленчатого вала двигателя до требуемой частоты вращения вала электрогенератора 3. Кулачковый механизм управляет движением выхлопного клапана.

В результате получаем предварительную структурную схему машины, которую принимаем за основу.

Рис.1.2. Структурная схема электроустановки.

1. Механизм рычажный

2. Механизм зубчатый

3. Электрогенератор.

4. Механизм кулачковый.

Исходные данные по варианту :

Рычажный механизм:

Ход поршня Н = 0.105 м

Максимальный угол давления = 20 град

Диаметр поршня d = 0,75·H м.

Коэффициент неравномерности вращения кривошипа δ =0,005

Максимальное давление р_max = 3,2 МПа

Зубчатая передача:

Частота вращения генератора n_г = 4950 об/мин

Передаточное отношение планетарного редуктора U_пл = 8.0

Кулачковый механизм:

Ход толкателя h = 51 мм.

Угол фаз φ_ф = 72 град.

Закон движения толкателя – косинусоидальный

2. Расчет энергопотребления машины.

Так как работа сил инерции и тяжести за цикл машины равна нулю, то работа движущих сил затрачивается на преодоление сил полезного (технологического) сопротивления и сил трения (последние учитываются при помощи к.п.д.).

Работа полезных сил и равна площади фигуры S_фиг, ограниченной графиком .

Для двигателя внутреннего сгорания площадь (рис. 2.1)

Площадь поршня ,

где диаметр поршня

длина кривошипа

Н – ход поршня (по заданию Н = 0,105 м;

p_max = 3.2 МПа)

Рис. 2.1 Диаграмма нагрузки машины

Таким образом получаем:

3. Расчет двигателя.

Частота вращения кривошипа

Длительность цикла машины

Мощность двигателя , где =0,6 – к.п.д. машины

4. Синтез зубчатого механизма.

Схема зубчатой передачи представлена на рис. 4.1. Её основу составляет планетарный механизм с передаточным отношением .

Синтез (подбор чисел зубьев) планетарной ступени производим на основе следующих четырех условий:

1. Условия выполнения требуемого передаточного отношения:

Откуда .

Рис. 4.1 Схема редуктора

2. Условие правильности зацепления, по которому

Z_min  17.

Принимая Z₁ = 18, получаем

Z₃ = 7 ^. 18 = 126

3. Условие соосности Z₁ + 2Z₂ = Z₃ ,

откуда Z₂ = 0.5(Z₃ – Z₁) = 0.5( 126 – 18 ) = 54

По условию правильности зацепления:

4. Условие соседства

Проверяем передаточное отношение редуктора

Расхождение с требуемым

Проверяем возможность сборки полученного механизма.

,

где принимаем число сателлитов К = 3.

П и Ц - целые числа

48(1 + КП ) = Ц;

Это равенство выполняется при П=0, что является наилучшим вариантом для сборки (не осложняет процесс равноудаленной установки сателлитов).

Окончательно принимаем для планетарного механизма:

Z₁ = 18; Z₂ = 54; Z₃ = 126; K=3.

Модуль зубчатых колес планетарного редуктора определяем по моменту в зубчатом механизме, который имеет место на валу водила. Момент на этом валу

где угловая скорость двигателя

Модуль

Выбираем больший модуль первого ряда по стандарту m = 1,5 мм.

Определяем делительные диаметры колес:

При этом диаметр водила:

принимаем

Диаметры 4, 5, 6-го колес:

Z₄ = 20; Z₅ = 17; Z₆ = 20;

d₄ = 30 мм; d₅ = 25.5 мм; d₆ = 30 мм;

5. Синтез кулачкового механизма

Кулачковый механизм с поступательно движущимся плоским толкателем.

Ход толкателя h = 51 мм.

Угол фаз φ_ф = 72 град..

Закон движения толкателя – косинусоидальный

Производим расчет передаточных функций движения толкателя для определения основных размеров и построения профиля кулачка: перемещения выходного звена , скорости его как первой производной и ускорения его как второй производной от перемещения выходного звена по углу поворота кулачка по зависимостям:

Значения текущего угла через равные углы поворота кулачка на каждой фазе.

Результаты расчетов занесены в таблицу.

Таблица 5.1

 град	фаза удаления закон косинусоидальный
		мм	мм
12	3,416	31,875	159,4
24	12,75	55,209
36	25,5	63,75
48	38,25	55,209
60	47,584	32,875
72	51	0

Задачу об определении минимального радиуса кулачка решаем графическим методом

(метод Геронимуса). Кулачок должен иметь выпуклый профиль, что обеспечивается неравенством ,

где радиус кривизны профиля;

перемещение толкателя;

аналог ускорения толкателя.

В преобразованном виде (заменив 1 на tg45 ) получаем

Построения выполняем в следующем порядке:

на вертикальной прямой берем произвольно точку (конец толкателя) и от нее откладываем вверх перемещение толкателя в соответствии с таблицей:

в каждой полученной точке проводим горизонтальные прямые, на которых откладываем отрезки равные ;

конечные точки соединяем плавной кривой; получаем диаграмму ;

проводим касательную к отрицательной ветви диаграммы под углом 45 град. к вертикальной прямой до пересечения с линией движения толкателя.

Строим профиль кулачка вычислив полярные координаты профиля кулачка по следующим формулам:

профильный угол

радиус-вектор

Результаты расчетов занесены в таблицу.

Таблица 5.2

, град	R, мм
0,00	106,4
10,62	221,101
20,35	234,711
29,88	249,168
39,83	259,564
50,68	264,883
62,68	266,375