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动力发电机网柴油发电发电机原理示意图大泽

发布日期:2021-10-07 22:51:28 | 点击数:95

  学号 成绩 课程设计说明书 课程名称 _______________________ 题目名称 _______________________ 专 业 _______________________ 姓 名 _______________________ 指导老师 _______________________ 年月 日 实习(训)报告评语 等级: 评阅人: 职称: 年 月 日 河南工程学院 实习(训)报告 实训目的(容): 实习时间: 自 月 日至 月 日 共天 实 习 地 点: 实 习 单 位: 指导老师: 系主任: 目录 一、机构简介与设计数据 1 机构简介 (1) 2 设计数据 (2) 二、设计容及方案分析 1 曲柄滑块机构的运动分析 (6) 2 曲柄滑块机构的动态静力分析 (11) 3 齿轮机构的设计 (12) 4 凸轮机构的设计 (13) 附:齿轮啮合图的绘制 (17) 三、心得体会 (21) 四、主要参考文献 (22) 一、机构简介与设计数据 1. 机构简介 柴油机(图 1,a)是一种燃机,它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。 往复式燃机的主体机构为曲柄滑块机构,以汽缸的燃气压力推动活塞 3 经连杆 2 而使曲柄 1 旋转。 本设计是四冲程燃机,即以活塞在气缸往复移动四次(对应曲柄两转)完成 一个工作循环。柴油发电机组在一个工作循环中,汽缸的压力变化可由示功图(用示功器从汽 缸测得,见图 1,b)表出,它表示汽缸容积(与活塞位移 s 成正比)与压力的变 化关系。现将四个冲程压力变化作一简单介绍: 进气冲程:活塞下行,柴油发电机组对应曲柄转角 θ=0?→180?。进气阀开,燃气开始进入 汽缸,汽缸指示压力略低于 1 大气压力,发电机原理示意图大泽一般以 1 大气压力计算,如示功图上的 a→b。 压缩冲程:活塞上行,曲柄转角 θ=180?→360?。此时进气毕,进气阀关闭, 已吸入的空气受到压缩,压力渐高,如示功图上的 b→c。 膨胀(作功)冲程:在压缩冲程终了时,被压缩的空气温度已超过柴油自燃 的温度,因此,在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧,气缸压力突增至点,燃 气压力推动活塞下行对外作功,曲柄转角 θ=360?→540?,随着燃起的膨胀,汽缸 容积增加,柴油发电机组压力逐渐降低,如图上 c→b。 排气冲程:活塞上行,曲柄转角 θ=540?→720?.排气阀开,废气被驱出,气缸 压力略高于 1 大气压力,一般亦以 1 大气压力计算,如图上的 b→a。 进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的,图 1,a 中 y-y 剖面有进排气阀各一只 (图中只画了进气凸轮)。凸轮机构是通过曲柄轴 O 上的齿轮 z1 和凸轮轴 O1 上 的齿轮 z2 来传动的。由于一个工作循环中,曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次, 所以齿轮的传动比 i12 n1 n2 z2 z1 2。 图1 由上可知,在组成一个工作循环的四个冲程中,活塞只有一个冲程是对外作 功的,其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此,曲柄所受的驱动力不是 均匀的,所以其速度波动也较大。为了减少速度波动,曲柄轴上装有飞轮(图上 未画)。 2.设计数据 见表 1,2,3。动力发电机网柴油发电 1)曲柄滑块机构的运动分析 已知 要求 活塞冲程 H,连杆与曲柄长度之比 λ,曲柄每分钟转数 n1 设计曲柄滑块机构,绘制机构运动简图,作机构三个位置的加速度 和加速度多边形,发电机原理示意图并作出滑块的运动线图。以上容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上(参考图例 1)。 设计容 符号 单位 数据 Z1 22 曲柄滑块机构的运动分析 H l l As2 04B mm mm 12 0 4 80 54 0 齿轮机构设计 Z1 m mm 44 5 n1 r/min 1500 ° 20 曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确 定 Dh D G1 G2 G3 Js1 Js2 J01 mm N kgm2 10 0 20 0 21 0 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 凸轮机构设计 h s ′ [ ] [a′] mm ° 20 50 10 50 30 75 表1 图2 曲柄位置图的作法如图 2 所示,以滑块在上止点时所对应的曲柄位置为起始位置 (即 θ=0?),柴油发电机组将曲柄圆周按转向分成十二等分得 12 个位置 1→12,12?(θ=375?)为 汽缸指示压力达值时所对应的曲柄位置,13→24 为曲柄第二转时对应各位 置。 2)曲柄滑块机构的动态静力分析 已知 机构各构件的重量 G,绕重心轴的转动惯量 JS,活塞直径 DA,示功图 数据(表 2)以及运动分析所得的各运动参数。 要求 确定机构两个位置(同运动分析)的各运动副反力及曲柄上的平衡力 矩 My。以上容作在运动分析的同一图纸上(参考图例 1)。 3)飞轮设计 已知 机器的速度不均匀系数 δ,曲柄轴的转动惯量 JS1 、凸轮轴的转动惯量 JO1 、连杆 2 绕其重心轴的转动惯量 J S2 ,动态静力分析求得的平衡力矩 My;阻力 矩 Mc 为常熟。柴油发电机组 要求 用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量 JF。以上容,作在 2 号图纸上(参考图例 2)。 注意:该部分容为选作容。 4)齿轮机构设计 已知 齿轮齿数、模数 m、分度圆压力角 α;齿轮为正常齿制,在闭式的润 滑油池中工作。 要求 选择两轮变位系数,计算齿轮各部分尺寸。用 2 号图纸绘制齿轮传动 的啮合图。 表2 位置编号 1 曲柄位置(°) 30 气缸指示压力 0.1MPa(105N/m 1 2) 工作过程 12′ 13 14 375 390 420 60 25.5 9.5 234 5 6 60 90 120 150 180 111 1 1 进气 15 16 17 18 450 480 510 540 3 3 2.5 2 膨胀 7 8 9 10 11 12 210 240 270 300 330 360 1 1 1 6.5 19. 5 35 压缩 19 20 21 22 23 24 570 600 630 660 690 720 1.5 1 1 1 1 1 排气 表3 5.凸轮机构设计 已知 从动件冲程 h,推程和回程的许用压力角 和 ?,推程运动角 , 远休止角s ,回程运动角 ?,从动件的运动规律(图 3)。 要求 按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径,画出凸轮 实际廓线 设计计算及说明 计算数据 二 设计容 1、曲柄滑块机构的运动分析 1)根据已知数据,取μ L 2 m mm l(以大图为准,这里只是 示意),画机构运动简图。发电机原理示意图 2)运动分析 设曲柄长为 LOA ,连杆长为 LAB,由表 1 可得, λ= LAB / LOA =4, H=( LAB +)-( LAB - LOA )=120mm. 解得 LOA =60mm, LAB =240mm。 设计计算及说明 LOA =60mm LAB =240mm 计算数据 A 点了角速度 n :A 2 1 60 =2x3.14x1500/60 =157 rad s A 156rad s 当曲柄转动到 10,11,12 号点时的位置的滑块的位移量: 由几何知识可知 L L L 2 2 2 cosAOB OA OB AB L L 2 OA OB 解得:S10 =264mm S11 =290mm S12 =300mm 速度分析: S10 =264mm S11 =290mm S12 =300mm vB v A v BA 大小 L ?OA OA ABLO(A 2未知) 方向 竖直 ⊥OA ⊥BA v L A OA OA 9.42m s vA 9.42m s m 以μ v 2 v mm 根据矢量方程式,做机构各点的速度图,及滑 块 B 的速度图(以大图为准,这里只是示意)。 设计计算及说明 计算数据 由图 4 可知 v1B0 μv lpb 9.2m s, 12 2 vBA lab 18.3rad/ s b a p 图 5 11 号点位速度分析图 由图 5 可知 v1B1 μv lpb 5.7m s, 11 AB vBA lab 35rad / s 设计计算及说明 v1B0 9.2 m s v1B1 5.7 m s 计算数据 a P(b) 图 6 12 号点位速度分析图 由图 6 可知 v1B2 0 12 AB v BA lab 39.25rad/ s 加速度分析 v1B2 0 a B a A a BA , aB a A a n BA a t BA 大小 ? 2 OA LOA A2BLAB ? a L A 2 OA OA 1478.94 m s 方向 竖直 →OA →BA ⊥AB a A 1478.9 m s 以μ a 20 m /s2 mm 根据矢量方程式,做机构各点的加速度图, 及滑块 B 的速度图(以大图为准,这里只是示意)。 p S2 b a n 图 7 10 号点位加速度分析图 设计计算及说明 计算数据 由图 7 可知 a1B0 pb μa 739.4 m / s2 p S2 a b n 图 7 11 号点位加速度分析图 由图 7 可知 a1B1 pb μa 1282.8 m / s2 p a S2 b 图 8 12 号点位加速度分析图 由图 8 可知 a1B2 pb μa 1850 m / s2 设计计算及说明 a 10 B 739.4 m / s2 a1B2 1850 m / s 2 计算数据 2、曲柄滑块机构的动态静力分析 1) 受力分析 对 10,11,12 号点位进行受力分析,分别为图 9(a)(b) (c) P R 43 P R 43 P R 43 pi3 G3 pi3 G3 M i2 G2 M i2 G2 R1t2 R1n2 (a)10 号点 R1t2 R1n2 (b)11 号点 图 9 受力分析 2)计算活塞上的气体压力 P10 pi10 πDh2 4 5105N, P11 pi11 πDh2 4 15315N, P12 pi12 πDh2 4 27489N M i2 G2 R12 (c)12 号点 设计计算及说明 P10 5105N, P11 15315N, P12 27489N 计算数据 3)求作用于构件上的惯性力 p10 i2 m2 as2 2160N, M 10 i2 Jc 10 147.9N p10 i3 m3 a1B0 1478.8N p11 i2 m2 as2 2680N, M 11 i2 Jc 11 256.5N p11 i3 m3 a1B1 2565.6N p12 i2 m2 as2 3200N, M 12 i2 Jc 12 0N p12 i3 m3 a1B2 3700N p10 i2 2160N, M 10 i2 147.9N p10 i3 1478.8N p11 i2 2680N, M 11 i2 256.5N p11 i3 2565.6N p12 i2 3200N, M 12 i2 0N p12 i3 3700N 3、齿轮机构的设计 1)传动类型的选择: 按照一对齿轮变位因数之和(x1+x2)的不同,齿轮传动可 分为零传动、正传动和负传动。 零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮 传动和高度变为齿轮传动。 高变位齿轮传动具有如下优点:①小齿轮正变位,齿根变 厚,大齿轮负变位,齿根变薄,大小齿轮抗弯强度相近,可相 对提高齿轮机构的承载能力;②大小齿轮磨损相近,改善了两齿 设计计算及说明 计算数据 轮的磨损情况。 因为在柴油机中配气齿轮要求传动且处于 高速运动中,为提高使用寿命高变位齿轮较为合适。 2)变位因数的选择: 此次设计应用封闭图法,查表计算得 x1=0.23 数据查表得具体参考【1】 3)齿轮机构几何尺寸的计算: x2=-0.23, x1=0.23 x2=-0.23 齿轮 m=51 且为正常齿制故 ha*=1 , c*=0.25 名称 小齿轮 大齿轮 变位因数 x 0.23 -0.23 分度圆直径 d 110 220 法向齿距 Pn 14.76 啮合角α′ 20° 20° 中心距 a(a′) 165 节圆直径 d′ 110 220 中心距变动因数 y 0 齿高变动因数σ 0 齿顶高 ha 齿根高 hf 齿全高 h 6.15 5.1 11.25 3.85 7.4 11.25 齿顶圆直径 da 齿根圆直径 df 重合度εa 分度圆齿厚 s 122.3 227.7 99.8 205.2 1.65 7.85 齿顶厚 sa 7.11 3.79 (注:公式参考资料【1】) 计算公式 d=mz Pn=πm·cosα σ=x1+x2-y ha=(ha* +c*-σ)m hf=(ha* +c*-x)m h=ha+hf da=d+2ha df=d-2hf 4 凸轮机构的设计 d1 110 d2 220 d 122 a1 d 228 a2 d 100 f1 d 205 f1 1)运动规律的选择: 根据从动件运动规律图分析知位移 s 对转角φ的二阶导数 为常数且周期变换,所以确定为二次多项式运动规律。 设计计算及说明 计算数据 (公式参考资料【1】): S=C0+C1δ+C2δ2 加速阶段 0-25° S=2hδ2/δ0 减速阶段 25-50° S=h-2h(δ0-δ)2/δ02 以从动件开始上升的点为δ=0° 据此计算得 δ (单位:°) S(δ) (单位:mm) 0 0 10 1.6 20 6.4 25 10 30 13.6 40 18.4 50 20 60 20 70 18.4 80 13.6 85 10 90 6.4 100 1.6 110 0 根据上表绘制出从动件上升位移 S= S(δ) 的变化曲线) 设计计算及说明 计算数据 2)基圆半径计算 由基圆半径公式得 2 r0 ds ds e tan s e2 0.021.8 -0.02 2 5tan 23.5mm 在此取r0 33mm,rr 3mm 3)作出凸轮设计图 根据以上数据作出凸轮的实际廓线mm s′ 设计计算及说明 计算数据 ds dp s 图 10 凸轮运动规律图 附录: 齿轮啮合图的绘制 齿轮啮合图是将齿轮各部分尺寸按一定的比例尺画出轮齿啮合关系的一种图 形。它可直 观地表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数,并可借助图形作某些必要的分析。发电机原理示意图 一、渐开线的画法 渐开线齿廓按渐开线所示。以小齿轮廓线为例,其步 骤如下: 1) 按 公 式 计 算 出 各 圆 直 径 db 、 d 、 d ? 、 df 及 da , 画 出 各 相 应 的 圆 。柴油发电机组 图 12 图11 2)连心线与节圆的交点为节点P。过P点作基圆之切线 p 即为理论啮合线的一段,也是渐开线)根据渐开线 p ,因弧长不易测量,可按下式计算N1 O?所对 应的弦长 n1o, N1O, db s in n1 p db 1800 (1) 按此弦长在基圆上取O?点。 5)将基圆上的弧长N1O分成同样等分得基圆上的对应分点1、2、3。 6)过点1、2、3作基圆的切线,3,, 3p 。得1、2、3诸点。光滑连接0?、1、2、3各个点的曲 线即为节圆以下部分的渐开线)将基圆上的分点向左延伸,作出5?、6?、7?…,取 5,5,, 51p ,6,6,, 61p …, 可得节圆以下渐开线…直至画到齿顶圆为止。 8) 当 dfdb 时 , 基 圆 以 下 一 段 齿 廓 取 为 径 向 线 , 在 径 向 线 与 齿 根 圆 之 间 以 r=O.2mn为半径画出过渡圆角; 当dfdb时,在渐开线与齿根圆之间直接画出过 渡圆角。 二、啮合图的绘制步骤 1)选取比例尺 L(mm/mm),使齿全高在图样上有30-5Omm的高度为宜。定出齿 轮中心01 、02如图所示。分别以01、02为圆心作出基圆、分度圆、节圆、齿根圆、 齿顶圆。 2)画出工作齿廓的基圆公切线 连心线的交点为节点P,又是两节 圆的切点,公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角α?t。,应与按式(1)计算之 值相符。 3)过节点p分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线)按已算得的齿厚和齿距P计算对应弦长 S 和 P 。 S d sin s d 1800 ……(2) p d sin p d 1800 ……(3) 按 S 和 p 在分度圆上截取弦长得A、C点,则弧AB=s,弧 图 13 AC=P (见图12) 5)取AB中点D,连01、D两点为轮齿的对称线。用描图纸描下对称线右半齿形以 此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的3~4个齿廓。另一齿轮的作法相 同。 6)作出齿廓工作段。B1、B2为起始与终止啮合点,以01为圆心 O1B2 为半径作圆 弧交齿轮1齿廓于b1点,则从b1点到齿顶圆一段齿廓为齿廓工作段。同理可作出齿 轮2的齿廓工作段。 7)画出两齿轮啮合过程中的滑动系数变化曲线 l l lx ……(5) 在 N1N2 线段上,按计算之值取点B2、P、B1,自N1点量起,按适当的间距取LX 值,按式(3)、式(4)计算出对于不同LX的各位置处两轮齿面滑动系数1 和2 ,画 出如图13 所示的滑动系数曲线]给出了一种使用方便的滑动系数 图解计算法。一般情况下,轮齿的齿廓工作段点具有值的滑动系数, 其值为 1 m ax 1 z1 z2 1 l N1 B2 ……(6) 2 max z1 z2 1 l B1 N 2 …… (7) 有啮合图上直接量取 l 、 N1B2 、 B1N2 代入上式即可算出1max 心得体会: 经过一周的奋战我们的课程设计终于完成了。在这短短了五天时间里 如同把课本复习了一遍,为考试做好了准备。从中体会到一个完整机构从 计算到绘制了不容易。包括计算精度,绘图了规布局。小小了细节就会影 响到整个计算绘制过程。一个小小了细节就会导致整个计算过程重算,绘 图重画。小小了实训也让我们体会到将来工作中会发生了问题,及早了纠 正了我们的错误,减少将来工作了失误。 这次课程设计,由于理论知识的不足,再加上平时没有什么设计经验, 一开始的时候有些手忙脚乱,不知从何入手。在设计过程中,通过查阅大 量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到 了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得 了许多东西,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生 活有非常重要的影响。 主要参考文献 【1】恒,作模.机械原理【M】8 版 :高等教育 【2】王静,朱贤华.机械原理 TH11157 :华中科技大学

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