Кинематика, динамика и конструирование привода двигателя внутреннего сгорания

          Cоставляем векторную сумму сил, приложенных к звеньям данной группы Ассура:

R t 24 + R n24 + G4 +  Ри5 + R 05 + G5 + Рпс + Ри4 =0                                          (42)

Далее составляем уравнение моментов относительно точки Е:

          MЕ  (4) =0                                                                                                      (43)   

       Из уравнения  (44)   определяем модуль R t 24  и с учётом этого уравнение (43) будет содержать два неизвестных, которые находим, строя  план сил для данной группы Асура. Построение плана сил начинаем с выбора масштабного коэффициента для этой группы Асура.

         р=  100 Н/мм

         В первую очередь откладываем в выбранном масштабе полностью известные векторы уравнения (31). Из построения найдём модуль и направление реакции R 24

                R 24 =21300 Н

           Рассмотрим группу Ассура (2-3) 

Рисунок 12- Группа Ассура (2-3)

R 24=  -  R 42            

Составляем уравнение равновесия:

R t 12 + R n12 + G2 +  Ри2 + R 03 + G3  + Ри3 + R 42=0                                         (44)

Уравнение моментов относительно точки С :

MС  (3) =0                                                                                                        (45)

          Из уравнения  (45)   определяем модуль R t 12 . Построение плана сил начинаем с выбора масштабного коэффициента для этой группы Асура.

р=  600 Н/мм

Из построения найдём модуль и направление реакции R 12

R 12 =57000 Н

          Рассмотрим начальный механизм (0-1):

Рисунок 13- Начальный механизм (0-1):

R 12=  -  R 21

R 12  + РУР + G1 =0                                                                                          (46)

          РУР =  R 12 + G1

           МУР= РУР * lAB= 20736 Н                                                                                                                          (47) 

2.2.2 Теорема Н.Е. Жуковского

Из принципа возможных перемещений выводится теорема Жуковского о «жёстком рычаге».

          Теорема Н.Е. Жуковского:

          Если данный механизм в данный момент времени под действием приложенных к нему сил находится в равновесии, то в равновесии будет находиться и план скоростей этого механизма, рассматриваемый как жёсткий рычаг с внешними силами, перенесёнными с плана положений и повёрнутыми на угол 900 в одном направлении.

            МУР= РУР * lAB= 20030 Н                                                                      

  Оценим погрешность:

  (  МкУР- МжУР      / МкУР )*100 %=3,4 %

        3 РЕДУКТОР

3.1 Динамический анализ рычажного механизма

Затраченную мощность находим с учетом КПД агрегата по формуле:

Pд.с.=Nср/ηагр,                                                                                                (48)                                                 

где              Pд.с.-мощностть от движущихся сил;

ηагр=ηобщ= ηм1∙ηм2∙ηР∙ηим,                                                                              (49)

где   ηм1 = 0,96 – КПД муфты 1;

         ηм2 = 0,98 – КПД муфты 2;

Определяем КПД редуктора по формуле:

              ηР=1– [m∙(ψз + ψг) + n∙ψп],                                                                           (50)

где   m = 3– число зубчатых пар;

n = 3 – число пар подшипников качения;

(ψз+ψг) = 0,02…0,05 – сумма коэффициентов потерь на трение в зацеплении и гидравлических потерь в одной зубчатой паре. Берем (ψз +ψг) = 0,02;

ψп = 0,005…0,01 – коэффициент потерь на трение в одной паре подшип        ников.

ηР=1 – (2∙0,05 + 3∙0,01) = 0,98;

         Pд.с . = 28,6 Вт.

              Вычисляем мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса (1,1…1,2) мощности по формуле:

              Ртреб=Рд.с.∙∙1,1;                                                                                             (51)                                        

              Ртреб =28,6∙1,1 = 31,4 кВт.

Округляем до стандартного значения Ртреб =30 кВт

              3.2 Выбор электродвигателя

              Выбираем электродвигатель по полученной мощности серии АИР марки А180М2.

              Характеристики электродвигателя А180М2:

синхронная частота вращения – 3000 об/мин; асинхронная частота вращения – 2940 об/мин.       

        3.3 Выбор схемы редуктора

Обоснование схемы редуктора

Редуктором называют механизм, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы  для  повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

В соответствии с заданием на курсовой проект первоначально задан двухступенчатый редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью.

              Выбор редуктора производим по общему передаточному числу:

                UР=nдв/n2.                                                                                                                                                            (52)                                                              

              UР = 2950/500 = 5,88.

              Так как UР = 5...8, то проектируем одноступенчатый редуктор с внутренним зацеплением , так как он имеет наиболее компактные размеры, высокий КПД  и может применяться на относительно низких скоростях.

3.4 Определение вращающих моментов на валах

Вращающий момент на валу электродвигателя находим по формуле:

              Тэл/двиг.=9550Pд.с./nэ                                                                                                                                          (53)                                                         

              Тэл/двиг. = 9550∙30/2940=97,45 Н·м

          T1=Tэл/двиг..η                                                                                                      (54)                                   

где η =0,96

T1=97,45·0,96=93,5 Н·м                                                                                                

         T2=T1..η.Uр                                                                                                        (55)                                                                                             

        T2=93,5·5,88·0,98=539 Н·м

            4  КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА

            4.1 Расчёт допускаемых напряжений

4.1.1 Выбор материала и термической обработки

Принимаем для колеса и шестерни сталь 40 Х. Термическая обработка колеса – улучшение, 269…302 НВ. Термическая обработка шестерни – улучшение и закалка ТВЧ, 45…50 НRC /3, с.17/

        Определим среднее значение твердости поверхности зубьев и значение баз испытаний. Для колеса получим:

                     НВср=0,5(НВmin+НВmax)                                                                                  (56)                                    

НВср=285,5

NHG=30∙НВср2,4                                                                                                                                                           (57)                                                                                             

NHG= 30∙285,52,4=2,35∙107

              Для шестерни:

НВср=0,5(НВmin+НВmax)

         НВср=47,5HRC

       По таблице перевода /2,с.16/ твёрдость шестерни:

НВср=456 НВ

        NHG=30∙ НВср2,4

        NHG= 30∙4562,4=7,2∙107

        При расчёте на изгиб:    NFG=4∙106

        Вычислим действительные числа циклов перемены напряжений. Получим:

-для колеса:

N2=60∙n2∙Lh,                                                                                                    (58)                                                                                

где n2 – частота вращения колеса, мин-1; Lh – время работы передачи, ч;

N2= 60∙500∙20000=6∙108

         -для шестерни:

           N1=N2∙u,                                                                                                         (59)                                        

где u-передаточное число ступени;

          N1=6∙108∙5,88=3,5∙109

Коэффициент долговечности при расчете по контактным напряжениям /3,с.18/:

         ZN=1, для колеса и для шестерни, т.к. N>NHG

Коэффициент долговечности при расчете на изгиб

        YN=1, т.к.  N> 4*106

         4.1.2 Допускаемые контактные напряжения

Теперь вычислим допускаемые контактные напряжения и изгибные напряжения σHlim и σFlim ,соответствующие  базовым числам NHG и NFG /3, с.19/:

              Для колеса:

          σHlim2=1,8∙ НВср+67                                                                                                          (60)                               

σHlim2=1,8∙285,5+67=581 Н/мм2

       σFlim2=1,03∙ НВср                                                                                                                                                     (61)

              σFlim2=1,03∙ 285,5=256 Н/мм2

      Для шестерни:

      σHlim1=14∙НRCср+170                                                                                       (62)                              

     σHlim1=835 Н/мм2

     σFlim1=1,03∙ НВср

     σFlim1=294 Н/мм2

    [σ]H1= σHlim1=835 Н/мм2

      [σ]H2= σHlim2=581 Н/мм2                           

          [σ]F1= σFlim1=294 Н/мм2

      [σ]F2= σFlim2=256 Н/мм2                                                                     

Допускаемое контактное напряжение, которое должно быть принято в расчет:

     [σ]H=0,45([σ]H1+[σ]H2)                                                                                        (63)                                      

   [σ]H=0,45(835+581)=637 Н/мм2

Это напряжение не должно превышать значение

    1,25[σ]H2=1,25∙581=726 Н/мм2

Следовательно это условие выполняется. Таким образом:

[σ]H=514Н/мм2; [σ]F2=294 Н/мм2; [σ]F1=256 Н/мм2

4.1.3 Расчет межосевого расстояния

Межосевое расстояние:

aw=Ka∙(Uр -1)∙[(KHβ∙T2)/( Ψab∙Uр2∙[σ]H2)]1/,3                                                                            (64)

где              Ka=43– коэффициент межосевого расстояния для передач с прямозубым зацеплением/3, с.20/;