Андрей Смирнов
Время чтения: ~6 мин.
Просмотров: 0

Кинематический анализ и силовой расчет кривошипно-ползунного механизма

Кривошипно-ползунный механизм

Кривошипно-ползунные механизмы применяют различного типа. Чаще всего при непрерывном неопределенно длительном вращении кривошипа / с заданной угловой скоростью ползун совершает возвратно-поступательное движение. Такого типа механизмы ( рис. 5.1) используют в поршневых двигателях, насосах, компрессорах и других машинах.

Трение в эксцентриковом механизме 14 С. Н, Кожевников.

Кривошипно-ползунный механизм имеет две зоны мертвых положений, соответствующих диаметрально противоположным положениям кривошипа.

Кривошипно-ползунный механизм ( рис. 96) состоит из четырех звеньев: О — стойки; / — кривошипа ОА; 2 — шатуна А В; 3 — ползуна ( поршня) и четырех кинематических пар: / — стойка — кривошип ОА; II — кривошип ОА — шатун АВ; III -шатун АВ — ползун В; IV — ползун В — стойка.

Кривошипно-ползунный механизм часто используется в приборостроении как передаточный механизм между датчиком и стрелкой. На рис. 5.35 приведена схема пишущего манометра, регистрирующего изменение давления в газгольдере. При изменении давления мембранная коробка 1 прогибается до тех пор, пока разность давлений внутри и снаружи коробки не будет уравновешена силами упругости. Перемещение точки М коромысла записывается на диске 4, совершающем вращательное движение. Применение указанного механизма позволяет увеличить перемещение конца коромысла по сравнению с перемещением мембранной коробки.

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев: кривошипа ОА, шатуна АВ, ползуна В, станины и четырех кинематических пар: вращательной пары станина-кривошип, вращательной пары кривошип-шатун, вращательной пары шатун-ползун и поступательной пары ползун-станина.

Кривошипно-ползунный механизм — плоский, его ведущим звеном является либо кривошип, либо ползун.

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев: кривошипа ОА, шатуна А В, ползуна В, станины и четырех кинематических пар: вращательной пары станина — кривошип, вращательной пары кривошип — шатун, вращательной пары шатун — ползун и поступательной пары ползун — станина.

Кривошипно-ползунный механизм — плоский механизм, его ведущим звеном является либо кривошип, либо ползун.

Кривошипно-ползунный механизм можно образовать из шарнир-ного четырехзвенкика, если одну из вращательных кинематических пар заменить поступательной.

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев: кривошипа О А, шатуна А В, ползуна В, станины и четырех кинематических пар: вращательной пары станина — кривошип, вращательной пары кривошип — — шатун, вращательной пары шатун-ползун и поступательной пары ползун — станина.

Кривошипно-ползунный механизм — плоский, его ведущим звеном является либо кривошип, либо ползун.

Кривошипно-ползунный механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное или обратно, применяют наиболее часто. В нем применены пары с поверхностным контактом. Механизм прост по устройству и пригоден для передачи больших усилий. Он позволяет валу делать полный оборот, следовательно, его можно использовать для непрерывного вращения.

Кривошипно-ползунный механизм с цилиндрическим ползуном ( поршнем) имеет две избыточные связи. Устранение их улучшает пуск двигателя и уменьшает износ поршневых колец и втулок цилиндров. Устранение избыточных связей достигается постановкой двух добавочных шарниров на шатуне или заменой пары V2 на пару П12 на поршне и пары 2 на пару IV2 на пальце кривошипа или комбинацией того и другого.

Кривошипно-ползунный механизм расположен в горизонтальной плоскости и состоит из кривошипа ОА массой т, и шатуна АВ массой та, принимаемых за однородные стержни. В момент, когда / BOA 90, точка А имеет скорость и.

Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма

Целью кинематического анализа КПМ является проектирование взаимных положений, траекторий передвижения, скоростей и ускорений всех его деталей. Для этого реальные физические тела заменяются моделями- рычагами и поверхностями, имеющими абсолютную жесткость, шарнирами и поверхностями с нулевым трением. Масса детали полагается сконцентрированной в условной точке- центре масс, как правило, совпадающей с геометрическим центром моделируемой детали.

Кинематическое моделирование разбивается на следующие основные этапы:

  • выполнение общего плана положений. Строится для основных положений механизма, отражает взаимное расположение его частей в верхней и нижних мертвых точках;
  • построение плана скоростей кривошипно-ползунного механизма, применяется графоаналитический способ на основе метода подобия;
  • построение плана ускорений кривошипно-ползунного механизма, строятся эпюры как угловых, так и касательных ускорений;
  • графическое моделирование моментов инерции;
  • формирование графика энергии-массовых зависимостей.

При построении плана скоростей руководствуются следующими рекомендациями:

  • Вектора, проходящие через полюс плана, представляют собой абсолютные скорости. Они всегда направлены от точки полюса, конец отрезка обозначается прописной буквой, аналогичной заглавной, обозначающей ту же точку на плане положений.
  • Скоростные вектора, не касающиеся полюса, соответствуют относительным скоростям.
  • Поскольку скорость является производной от перемещения, векторные изображения скоростей для каждой точки перпендикулярны соответствующим тем же точкам отрезкам, представляющим собой положение, и изображенными на плане положений.
  • Неподвижным на плане положений точкам КПМ соответствуют вектора нулевой длины, расположенные в полюсе плана скоростей.

При построении плана скоростей возникает возможность стоить перпендикуляры и касательные к линии перемещения какой-либо точки кривошипно-ползунного механизма без изображения самой траектории.

Поскольку ускорение является производной от скорости, то векторные изображения ускорений для каждой точки перпендикулярны соответствующим тем же точкам векторам, изображенными на плане скоростей.

В ходе кинематического моделирования проводится также анализ на наличие избыточных связей в кривошипно-ползунном механизме. Под ними понимают связи, которые не добавляют степеней свободы и могут быть исключены из схемы без потери функциональности

Однако к удалению таких связей следует подходить осторожно. Например, дополнительные подшипники или опоры направляющих могут быть необходимы в реальном механизме исходя их больших величин перемещения во время рабочего хода

без них будет невозможно удовлетворить проектные требования по жесткости, прочности, температурной стойкости и т. д.

Обслуживание КШМ

Чтобы не повредить детали КШМ, нужно соблюдать все требования изготовителя по периодическому обслуживанию и регулярному осмотру автомобиля.

Уровень масла, особенно на не новом автомобиле, следует проверять ежедневно перед выездом. Занимает это меньше минуты, а может сэкономить месяцы ожидания при серьезной поломке.

Топливо нужно заливать только с проверенных АЗС известных брендов, не прельщаясь двухрублевой разницей в цене.

Не стоит самостоятельно, по роликам из Сети, пытаться растачивать цилиндры, снимать нагар с колец и выполнять другие сложные ремонтные работы. Если у вас нет многолетнего опыта такой работы- лучше обратиться к профессионалам. Самостоятельная установка шатунного механизма после ремонта- весьма сложная операция.

Применять различные патентованные средства «для преобразования нагара на стенках цилиндров», «для раскоксовывания» разумно лишь тогда, когда вы точно уверены и в диагнозе, и в лекарстве.

Решение[править]

Перемещение поршня:
При повороте кривошипа на угол φ перемещение поршня от его начального положения в ВМТ определяется отрезком АА1 и равно: Sп = AA1 = A1O− AO = A1O − (OC + CA) . Следовательно,
т.к.
но т.к. , то
— это выражение описывает перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа и геометрических размеров КШМ

Скорость поршня:
Выражение для определения скорости перемещения поршня как функцию угла поворота кривошипа можно получить путем дифференцирования по времени левой и правой части уравнения движения кривошипно-шатунного механизма.
,
где — скорость перемещения поршня; — угловая скорость вращения кривошипа.
Следовательно имеем:

Ускорение поршня:
Выражение для определения ускорения поршня
можно найти путем дифференцирования по времени выражения для скорости поршня:
,
откуда

Кинематика шатуна:

При вращении кривошипа шатун совершает сложное плоскопараллельное движение, которое можно рассматривать как сумму поступательного движения вместе с поршнем (с точкой А на рис. 9), кинематика которого рассмотрена, и углового движения относительно оси поршневого
пальца, т. е. точки А.
Угловое перемещение шатуна шатуна относительно
оси цилиндра определяется из уравнения: (*):
Из последнего уравнения видно, что наибольшее отклонение шатуна при и ,что соответствует

Продифференцировав выражение (*) как
уравнение с разделенными переменными, имеем

Угловая скорость шатуна ωш определяется
путем дифференцирования по времени функции
углового перемещения:
Продифференцировав выражение (*) как
уравнение с разделенными переменными, имеем ,
откуда

Угловое ускорение шатуна определяется путем дифференцирования по времени функции угловой скорости его:
Траектория движения КШМ

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации