29



РЕФЕРАТ


Расчетно- пояснительная записка содержит 29 страниц машинописного текста, 3 рисунка, 3 таблицы.

Расчетно- пояснительная записка содержит расчеты и проектирование механизмов криогенного поршневого детандера, определение закона движения, силовой расчет основного механизма детандера, расчет и исследование зубчатых механизмов, кулачкового механизма.








































Содержание


Реферат…………………………………………………………………………………………….1стр.

Техническое задание……………………………………………………………………………...4стр.

1. Проектирование механизма и определение закона его движения.

1.1. Проектирование механизма……………………………………………………………...6стр.

1.1.1. Определение размеров……………………………………………………………….7стр.

1.1.2. Построение схемы механизма……………………………………………………….7стр.

1.2. Построение индикаторной диаграммы и силы .

1.2.1. Построение индикаторной диаграммы……………………………………………...8стр.

1.2.2. Построение графика силы ………………………………………………………..8стр.

1.3. Выбор динамической модели и расчет ее параметров.

1.3.1. Вычисление значений передаточных функций……………………………………..8стр.

1.3.2. Динамическая модель………………………………………………………………...9стр.

1.3.3. Приведение сил и построение графиков приведенных моментов………………...9стр.

1.3.4. Построение графика суммарного приведенного момента………………………..10стр.

1.3.5. Построение переменных приведенных моментов инерции………………………11стр.

1.4. Построение графика суммарной работы………………………………………………..11стр.

1.5. График полной кинетической энергии………………………………………………….11стр.

1.5.1. График кинетической энергии второй группы звеньев…………………………...11стр.

1.5.2. График кинетической энергии первой группы звеньев…………………………...12стр.

1.6. Определение параметров маховой массы……………………………………………….12стр.

1.6.1. Определение необходимого момента инерции маховой массы………………….12стр.

1.6.2.Определение габаритов маховика…………………………………………………..12стр.


  1. Силовой расчет механизма.

2.1. Исходные данные…………………………………………………………………………13стр.

2.2. Построение плана скоростей…………………………………………………………….13стр.

2.3. Построение плана ускорений…………………………………………………………….14стр.

2.3.1. Определение сил инерции, моментов сил инерции и сил тяжести……………...14стр.

2.4. Определение сил в группе Ассура. Звенья 2-3.

2.4.1. Нахождение силы ………………………………………………………………15стр.

2.4.2. Нахождение силы и .......................................................................................15стр.

2.4.3. Нахождение силы ……………………………………………………………….15стр.

2.4.4. Нахождение расстояния ………………………………………………………….15стр.

2.5. Определение сил в группе Ассура. Звенья 4-5.

2.5.1. Нахождение силы ………………………………………………………………16стр.

2.5.2. Нахождение силы и .......................................................................................16стр.

2.5.3. Нахождение силы ……………………………………………………………….16стр.

2.5.4. Нахождение расстояния………………………………………………………….16стр.

2.6. Определение сил в группе Ассура. Звенья 0-1.

2.6.1. Определение …………………………………………………………………..17стр.

2.6.2. Определение силы ………………………………………………………………17стр.

2.7. Определение погрешности вычислений……………………………………………..17стр.





3. Проектирование зубчатой передачи и планетарного механизма………………………...

    1. Исходные данные программы………………………………………………………..

    2. Идентификаторы, обозначения и наименования результирующих величин……...

    3. Расчет зубчатой передачи на ЭВМ…………………………………………………..

    4. Выбор коэффициентов смещения……………………………………………………

    5. Построение профиля зуба колеса, изготовляемого реечным инструментом, построение зубчатой передачи……………………………………………………….

    6. Проектирование планетарного зубчатого редуктора……………………………….

4. Проектирование кулачкового механизма………………………………………………….

    1. Исходные данные……………………………………………………………………..

    2. Построение кинематических диаграмм……………………………………………...

    3. Определение основных размеров кулачкового механизма…………………………

    4. Построение профиля кулачка, построение графика изменения угла давления…..



  1. Заключение.



  1. Список литературы.



  1. Приложение.



























1. Техническое задание.

Детандер предназначен для расширения газа с целью генерации холода в циклах низкотемпературных установок, для чего в этих машинах энергия сжатого газа преобразуется в работу, снимаемую с вала детандера.

Криогенный двухцилиндровый оппозитный детандер высокого давления – горизонтальная машина простого действия. Основным механизмом детандера являются два кривошипно - ползунных механизма. С кривошипами АВ и АF коленчатого вала 1, расположенными под углом 180˚ , соединены шатуны 2 и 4. При таком устройстве поршни 3 и 5 всегда двигаются в противоположные стороны.

Рабочее тело - воздух, сжаты до давления Pсж, поступает в цилиндры 1 и 2 детандера через впускные клапаны 7 и 7’. При движении поршней навстречу друг другу сжатый воздух расширяется, производя работу. При удалении поршней друг от друга в цилиндрах детандера происходит выталкивание газа через впускные клапаны 8 и 8’ . и обратное сжатие газа, оставшегося в рабочей полости после закрытия выпускных клапанов. Рабочий цикл детандера совершается за один оборот коленчатого вала. Для обеспечения необходимой равномерности вращения на валу 1 закреплен маховик 9. Изменение давления в цилиндрах детандера в зависимости от положения поршня представлено индикаторной диаграммой, данные для которой приведены в таблице №2.

В данной установке энергия сжатого воздуха, преобразованная в работу, используется генератором 16, который связан с валом 1 детандера через зубчатую передачу (z10 b z11), планетарный повышающий редуктор (мультипликатор) и муфту 16’.

Механизм газораспределения состоит из двух кулачков впуска (17 и 17’) и двух выпуска (18 и 18’), закрепленных на распределительных валах 0’и 0’’, и толкателей, воздействующих на клапаны. (Для цилиндра 1 механизм газораспределения на схеме не показан.) Частота вращения распределительных валов и вала 1 одинаковая (nк = n1, c-1). Схема кулачкового механизма и закон движения толкателя представлен на рис. 1.


Рис. 1.

























Таблица № 1. Исходные данные.



Параметр

Обозначение

Размерность

Значение

1

Средняя скорость поршня

(VB)ср

м/с

2.50

2

Отношение длины шатуна 2 (4) к длине кривошипа 1

lBC /lAB = lFD /lAB

-

4.5

3

Отношение расстояния от точки B(F) до центра масс шатуна к длине шатуна

lBS2 /lBC= lFS4/lFD

-

0.3

4

Диаметр цилиндров

d

м

0.082

5

Частота вращения

коленчатого вала двигателя

n1

1/c

6.8

6

Расстояние от точки С(D) до центра масс зв.3(зв.5)

lcs=lds


м

0.10

7

Максимальное давление воздуха в цилиндре

P­­max

МПа

17.8

8

Масса шатуна

m;m

кг

25

9

Масса поршня

m; m

кг

50

10

Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр масс

I2S;I4S

кг·м²

0.71

11

Момент инерции коленчатого вала и вращающихся звеньев, приведенный к валу звена I

Ioпр

кг.м2

102

12

Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала


1/75

13

Угловая координата кривошипа для силового расчета

1

град

60

14

Число зубьев колес

z11


12



z10


16

15

Модуль зубчатых передач

m

мм

4

16

Передаточное отношение планетарного редуктора

u15-в


10

17

Число сателлитов в планетарном редукторе

k


3

18

Величина подъема толкателя кулачкового механизма

hb

м

0,010

19

Угол рабочего профиля кулачка

= ­

град

126

20

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

[]

град

32


Таблица № 2. Значения давления в 1 цилиндре детандера в долях максимального давления Рmax в зависимости от положения поршня

Путь поршня

в долях хода

Sc/Hc

0

0.05

0.1

0.15

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Давление воздуха

в долях Pmax

P/Pmax

Движение поршня 3 вправо

1.00

1.00

1.00

1.00

0.72

0.52

0.40

0.30

0.24

0.19

0.08

Движение поршня 3 влево

1.00

0.48

0.37

0.21

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.08




1. Проектирование механизма и определение закона его движения.

1.1. Проектирование механизма.


В задании проекта объект проектирования (машинный агрегат или прибор) разбит на основные узлы, и для каждого из них рекомендована структурная схема механизма, наиболее удовлетворяющая исходным условиям. В число этих механизмов входят рычажный и кулачковый, зубчатая передача и планетарный зубчатый механизм. Исследование рычажного механизма включает четыре последовательных этапа, которым соответствуют четыре подраздела проекта:

1. Проектирование кинематической схемы.

2. Кинематический анализ.

3. Определение закона движения механизма под действием заданных сил.

4. Кинетостатический анализ.


Проектирование кинематической схемы механизма.


Совокупность исходных данных для синтеза механизма заключает в себе заданная схема механизма и условия синтеза.

Допущение 1. Независимо от особенностей конструктивного выполнения все шарнирные соединения считаются вращательными кинематическими парами, а все соединения, допускающие прямолинейное относительное движение звеньев – поступательными парами, поэтому все пары рычажного механизма считаются одноподвижными парами (пятого класса).

Допущение 2. Звенья механизма представляют собой абсолютно твердые тела.

Допущение 3. Зазоры в кинематических парах отсутствуют.

Целью кинематического синтеза рычажного механизма является определение постоянных параметров его кинематической схемы исходя из условий задачи.


Кинематический анализ механизма.


Исходными данными являются схема механизма и размеры звеньев, включая размеры, определяющие положение центров масс звеньев.

Основные задачи подраздела:

  1. Анализ положений звеньев и траекторий шарнирных точек и центров масс звеньев поводится графическим методом.

  2. Аналитическое определение кинематических функций:


    • Функции положения, кинематических передаточных функций скорости и ускорения (аналога скорости и аналога ускорения) центров масс каждого звена.

    • Функции углового положения, аналогов угловой скорости и углового ускорения звеньев.

    • Численное исследование кинематических передаточных функций (аналогов) скоростей и ускорений методом планов.

    • Определение крайних положений механизма и хода выходного вена (для цикловых механизмов).


Определение закона движения механизма под действием заданных сил.


Исходные данные включают данные предыдущего раздела, кинетические параметры механизма (значения масс и моментов инерции звеньев), силу (или момент) полезного сопротивления и движущую силу, заданные графически или в ином виде, а также требуемое значение средней угловой скорости главного вала и коэффициент неравномерности хода для машин циклового действия.

Допущение 4. Трением в кинематических парах и вредным сопротивлением среды можно пренебречь.

Допущение 5. Полезное сопротивление зависит лишь от положения механизма или постоянно.

Допущение 6. Для нулевой интерации момент, развиваемый двигателем, считается постоянным в течение всего периода установившегося движения.

Допущение 7. Массой и инертностью кулисных камней можно пренебречь.


Основные задачи подраздела:

  1. Построение динамической модели машины.

  2. Численный анализ параметров динамической модели.

  3. Определение работы сил сопротивлений и движущих сил.

  4. Численный анализ угловой скорости и углового ускорения главного вала машины.

  5. Оценка неравномерности хода машины, определение момента инерции маховика, изменения угловой скорости главного вала за цикл, а также значений момента и мощности двигателя (при анализе установившегося движения).



1.1.1. Определение размеров механизма.

Длина кривошипа: м;

По заданному соотношению

находим длину шатуна: м;

ход поршня: H=м.

По заданному соотношению:


1.1.2. Построение схемы механизма.


На схеме назначаем отрезок мм.

Масштаб: ml = 654,84 мм/м

Отрезокмм.

Отрезок ВS2 = lBS2ml =

Угол поворота звена 1 разбиваем на 12 равных интервалов по 30о.






1.2. Построение индикаторной диаграммы и силы

1.2.1. Построение индикаторной диаграммы.


Индикаторная диаграмма строится по заданной таблице значений давления в цилиндре на поршень. Отрезок хода поршня на листе делим на 10 интервалов. В каждой точке деления строим ординату диаграммы, задавшись предварительно максимальной ординатой, равной 37,12мм при .

Построим ординату при , давление воздуха равно 0,4Pmax;


Масштаб индикаторной диаграммы: .


1.2.2. Построение графика силы

Функциональная зависимость, связывающая значение силы и кинематические параметры (время, координаты, скорость) точки приложения силы, называется механической характеристикой.

Для определения силы давления на поршень Fd необходимо давление умножить на площадь поршня. Знак силы устанавливается следующим образом: если сила совпадает по направлению с движением поршня, то она положительна, и наоборот.


Определим площадь поршня:

Площади поршней 3 и 5 одинаковы, а значит и графики сил давления, действующих на эти поршни, совпадают.

График силы Fd строим в масштабе:

.















1.3. Выбор динамической модели и расчет ее параметров.


1.3.1. Вычисление значений передаточных функций.


Положение звеньев механизма зависит лишь от его обобщенной координаты, поэтому для j-го звена и точки М этого звена можно записать:

Где - угол поворота j-го звена (рассматривается плоское движение), - радиус –вектор точки М в выбранной системе координат. Эти функции называются функциями положения. Производные от и по обобщенной координате носят названия аналогов скоростей и ускорений (кинематические передаточные функции).

Значения аналогов получены с помощью программы Ar2 и приведены в приложении 1.


Масштабы графиков аналогов: