20





Техническое задание.

Задание ОПМ-51В.Проектирование и исследование механизмов сильфонного поршневого компрессора.

Вертикальный одноцилиндровый поршневой компрессор служит для сжатия химически активных газов.Приводится он в движение от электродвигателя ( с жесткой механической характеристикой) через зубчатые колёса с числами зубьев z1 и z2 и планетарный одноступенчатый редуктор.Рабочая полость компрессора изолирована то картера компрессора, редуктора и двигателя с помощью сильфона,один конец которого припаян к поршню, а другой конец- к корпусу компрессора.Для охлаждения цилиндра служит радиатор, обдуваемый газом из общей для объекта системы охлаждения.Изменение давления P газа в цилиндре от хода поршня характеризуется индикаторной диаграммой, данные для построения которой даны в таблице 2.Изменение усилия P* , приложенного к поршню от сильфона приего растяжении и сжатии в зависимости от хода поршня ,показано на диаграмме.

Основной механизм компрессора кривошипно-ползунный.Он состоит из коленчатого вала, шатуна и ползуна (поршня).Противовесы на коленчатом валу частично уравновешивают механизм, уменьшая усилия в подшипниках. На коленчатом валу установлен кулачок механизма отсчёта оборотов, качающейся толкатель которого приводит включение контактов счётчика оборотов.При проектировании и исследовании механизмов компрессора пользаваться исходными данными из таблицы 1.
























Исходные данные таблица 1.


Параметр

Обозначение

Размерность

Значение

1

Средняя скорость поршня

(VB)ср

м/с

0.4

2

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

lAB/lOA,1

-

8.2

3

Отношение расстояния от центра тяжести шатуна до точки A к длине шатуна

lAS/lAB,2

-

0.2

4

Диаметр цилиндрa

d

м

0.042

5

Номинальное число оборотов электродвигателя

Об/с

91.7

6

Максимальное давление газа в цилиндре


Pmax

Па

2.8.105

7

Масса шатуна

M2

кг

0.074

8

Масса поршня

M3

кг

0.165

9

Момент инерции шатуна относительено оси, проходящей через центр тяжести

I2S

кгм2

38.10-5

10

Максимальное усилие растяжения-сжатия от сильфона

Р*

Н

160

11

Момент инерции кривошипа

I10

кг.м2

5,2.10-5

12

Маховый момент ротора электродвигателя

GD2

кг.м2

12.5.10-4

13


Угловая координата кривошипа для начала разгона

0

град

90

14

Начальная угловая скорость коленчатого вала при разгоне

нач

рад/с

0

15

Момент электродвигателя

Мд

Нм

0.3

16

Угловая координата кривошипа для силового расчёта

1

град

150


17

Момент инерции редуктора,приведенный к валу электродвигателя

Iред

кг.м2

1,8.10-3

18

Передаточное отношение планетарного редуктора

i

-

5.26

19

Число зубьев колес

z1/z2

-

14/29

20

Модуль зубчатых колёс

m

мм

2

21

Угол наклона зубьев колес

град

30

22

Угол рабочего профиля кулачка

раб

град

120

23

Максимальный ход толкателя

SB

м

0,008

24

Длина коромысла толкателя

l11

м

0,018

25

Максимальное значение угла давления в кулачковом механизме

доп

град

26

26

Отношение ускорений точки В толкателя

a1/a2

-

1.8




Давление в цилиндре компрессора в долях от максимального давления в зависимости от положения поршня.

таблица 2.

Ход поршня вниз

SB/HB

0

0,1

0,2

0,3

0,35

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

p/pmax

1

0,35

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Ход поршня вверх

SB/HB

0

0,1

0,2

0,3

0,35

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

p/pmax

1

1

1

1

1

0,76

0,53

0,36

0,22

0,12

0,05

0































1.Определение закона движения механизма.


1.1. Определение размеров механизма.


Проектирование кривошипно-ползунного механизма ведётся по средней скорости ползуна (поршня).Частота вращения кривошипа определяется :

Длина кривошипа : .


Длина шатуна: .


Положение центра масс шатуна : .

На листе вычерчевается схема механизма в масштабе .

С учётом масштаба :


1.2. Силы ,действующие на звенья механизма.


На звенья механизма действуют следующие силы и моменты:

  1. движущие силы FД или моменты МД, развиваемые двигателем. Сила считается движущей, если её работа за один перод цикла положительна (даже в том случае, когда она знакопеременна);

  2. силы FC или моменты МС полезного сопротивления – силы (моменты), возникновение которых предопределяется технологическим процессом рабочей машины. Работа этих сил (моментов) за один период цикла отрицательна;

  3. силы тяжести Gi отдельных звеньев механизма.


1.3. Построение графика силы сопротивления.


Индикаторная диаграмма строится по заданной таблице значений давления в цилиндре на поршень. Траекторию движения точки А кривошипа 1 разбивается на 12 равных частей и находятся соответствующие положения точки В . Причем рmax=280 кПа, тогда масштаб .

Для определения силы давления на поршень необходимо давление умножить на площадь поршня . При построении графика силы, действующей на поршень, ординаты этого графика принимаются равными индикаторной диаграммы. Тогда масштаб силы может быть оределен по формуле

.

При построении графика силы растяжения-сжатия от сильфона масштаб берётся тот же, для получения графика суммарной силы FС складываются соответствующее ординаты двух графиков, результаты расчётов приведены в таблице 1.1.

таблица 1.1.

0,12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

0.1

0.2

0.5

0.8

0.9

1.0

0.9

0.8

0.5

0.2

0.1

80

27

0

0

0

0

0

-4

-11

-42

-80

-80

32

26

19

0

-19

-26

32

26

19

0

-19

-26

112

53

19

0

-19

-26

32

22

8

-42

-99

-106

1.4. Нахождение значений передаточных функций.


Для нахождения передаточных отношений и передаточных функций ,если угловая скорость 1 неизвестна,строется план возможных скоростей,так как кинематические передаточные функции не зависят от уравнения движения механизма.Выбирается pa=65мм и строются планы возможных скоростей для первых семи положений,полученные результаты в таблице 1.2.







таблица 1.2.


0

1

2

3

4

5

6

0

0.006

0.01

0.012

0.01

0.006

0

-0.12

-0.105

-0.06

0

0.06

0.105

0.12

0.0096

0.01

0.011

0.012

0.01

0.011

0.0096

0.0096

0.008

0.0075

0

-0.0075

-0.008

-0.0096

0

0.006

0.008

0.012

0.008

0.006

0


1.5. Построение графика приведённого момента.

Чтобы упростить определение закона движение механизма, заменяется реальный механизм одномассовой динамической моделью и находится приложенный к ее звену суммарный приведенный момент:

.

Приведённый момент , заменяющий силу сопротивления FС,определяется в каждом положении механизма по формуле:


.

Знак определяется знаком , т.к .

Сила определяется по формуле : ,

где ордината с графика сил, мм;

масштаб сил, мм/Н.

Для построения графика определяем ординаты ,учитывая, что разгон начинается с .Результаты расчёта в таблице 1.3. Масштаб по оси ординат графика находим , назначив мм.Тогда