012g (Проектирование и исследование механизмов)

Посмотреть архив целиком

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции,

ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им Н. Э. Баумана.








Факультет Энергомашиностроение

Кафедра РК – 2






РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:


ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ

ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА.

ЗАДАНИЕ № 12Г.







Группа Э8-51 Студент Гридина Т.В.


Руководитель проекта Каганов Ю.Т.
















2006 г.

Оглавление

Реферат . . . . . . . . . . 3

Техническое задание . . . . . . . . 4

1) Краткое описание работы механизма . . . . . 4

2) Исходные данные . . . . . . . . 7

1. Определение закона движения механизма . . . . 9

1.1. Определение размеров звеньев механизма. . . . 8

1.2. Определение передаточных функций механизма. . . 8

1.3. Определение приведенного суммарного момента инерции. 10

1.4. Построение индикаторной диаграммы и определение сил, действующих на цилиндры . . . . . . 11

1.5. Определение суммарного приведенного момента. . . 11

1.6. Построение графика суммарной работы . . . . 12

1.7. Построение графика кинетической энергии звеньев механизма. 12

1.8. Определение момента инерции маховика. . . . 12

1.9. Определение закона изменения угловой скорости кривошипа. 12

1.10. Определение углового ускорения кривошипа в рассматриваемой точке. . . . . . . . . 12

2. Силовой расчет механизма . . . . . . . 13

2.1. Определение ускорений точек механизма. . . . 13

2.2. Определение сил, действующих на механизм . . . 13

3. Проектирование эвольвентной зубчатой передачи и

планетарного редуктора . . . . . . . 16

3.1 Проектирование зубчатой передачи. . . . . 16

3.1.1 Исходные данные. . . . . . . . 16

3.1.2 Выбор коэффициента смещения. . . . . 16

3.1.3 Построение профиля зуба, изготавливаемого реечным

инструментом. . . . . . . . . 19

3.1.4 Построение проектируемой зубчатой передачи. . . 20

3.2 Проектирование планетарного редуктора. . . . 21

3.2.1 Исходные данные. . . . . . . . 21

3.2.2 Синтез планетарного механизма. . . . . 21

3.2.2 Построение плана скоростей. . . . . 22

4. Проектирование кулачкового механизма . . . . 23

4.1. Определение кинематических передаточных функций

толкателя, скоростей и ускорений кулачка. . . . . 23

4.2. Определение основных размеров кулачкового механизма . 23

4.3. Определение координат и построение профиля кулачка . 24

4.4. Построение графика зависимости величины угла давления от угла поворота кулачка . . . . . . . . 24

Заключение . . . . . . . . . 25

Список литературы . . . . . . . . 26


Реферат


Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту “Проектирование и исследование механизмов двухступенчатого воздушного компрессора” содержит 25 страницы машинописного текста, 8 таблиц, 2 приложения к расчету.

В расчетно-пояснительной записке проведено проектирование основного механизма двухступенчатого воздушного компрессора, исследовано его движение, проведен кинетостатический силовой расчет основного механизма, проектирование эвольвентной прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, проектирование одноступенчатого планетарного редуктора, проектирование кулачкового механизма с качающимся толкателем.
































Техническое задание


Проектирование и исследование механизмов

поршневого компрессора


Назначение и краткое описание механизмов поршневого

компрессора



Вертикальный одноцилиндровый поршневый компрессор (рис.1) предназначен для сжатия воздуха и приводится в движение асинхронным электродвигателем 6, механическая характеристика которого изображена на рис.2.



Рис. 1 Общий вид установки



Рис. 2 Механическая характеристика электродвигателя


Воздух поступает в цилиндр из атмосферы через фильтр, установленный на всасывающей полости клапанной коробки 7, и после сжатия нагнетается в специальный резервуар. Для отвода тепла, выделяемого при сжатии, служит водяная рубашка. Изменение давления в цилиндре по пути поршня 3 характеризуется индикаторной диаграммой (рис. 3), данные для построения которой приведены в табл. 2.



Рис. 3 Индикаторная диаграмма компрессора


Основной механизм компрессора – кривошипно-ползунный. Он состоит из коленчатого вала 1, шатуна 2 и поршня 3. Для обеспечения необходимой равномерности движения, на коленчатом валу машины закреплён маховик 8. Противовесы 9 на коленчатом валу уравновешивают механизм, уменьшая силы в подшипниках. Смазка механизма – циркуляционная, под давлением от масляного насоса 10, помещённого в картере и приводимого в движение от коленчатого вала при помощи зубчатой передачи 4-5 (рис. 1).

Плунжерный масляный насос кулачкового типа (схема его изображена на рис. 4).

Рис. 4 Схема кулачкового механизма масляного насоса

Рис. 5 Закон изменения ускорения плунжера насоса

(толкателя кулачкового механизма)


При проектировании и исследовании механизмов компрессора считать известными параметры, приведённые в табл.1.

В поршневом компрессоре (рис.1) отсутствует планетарный редуктор, поэтому проектирование планетарного редуктора выполняется на основе дополнительного задания: двухрядный планетарный редуктор внутреннего зацепления (Приложение III, рис.III - 5, табл.III – 5)


Объем и содержание курсового проекта.

Лист 1. Проектирование основного механизма компрессора, определение закона его движения.

1. Определение основных размеров звеньев механизма по заданным условиям (средняя скорость поршня; число оборотов коленчатого вала; отношение длины шатуна к длине кривошипа).

2. Определение необходимого момента инерции маховых масс, обеспечивающих вращение коленчатого вала с заданным коэффициентом неравномерности при установившемся режиме работы. Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика), установленной на коленчатом валу.

3. Построение диаграммы изменения угловой скорости коленчатого вала за время одного цикла установившегося режима работы.

4. Определение максимальной величины момента (Мx)max на валу электродвигателя.


Лист 2. Силовой расчет основного механизма компрессора.

1. Определение углового ускорения звена приведения по уравнению движения в дифференциальной форме (на основании исследования, выполненного на листе 1 проекта) в положении механизма, соответствующем заданному углу φ1. Определение линейных ускорений центров тяжести и угловых ускорений звеньев.

2. Построение картины силового нагружения механизма.

3. Определение сил в кинематических парах механизма.

4. Оценка точности расчетов. Выполненных на листах 1 и 2 проекта, по уравнению моментов или уравнению сил для ведущего или ведомого звена механизма.

Основные результаты расчета привести в табл. 1 – 2 (Приложение I).


Лист 3. Проектирование кулачкового механизма масляного насоса.

1. Определение числа оборотов кулачкового вала.

2. Построение кинематических диаграмм движения толкателя ( ускорения, скорости, перемещения) по заданному закону изменения ускорения толкателя (рис. 12 – 5).

3. Определение основных параметров кулачкового механизма наименьших габаритов с учетом максимально допустимого угла давления αдоп.

4. Построение профиля кулачка (центрового и конструктивного).


5. Построение диаграммы изменения угла давления в функции угла поворота кулачка.

Основные результаты расчета привести в табл. 1 – 3 (Приложение I)


Лист 4. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора.

1. Выполнение геометрического расчета эвольвентной зубчатой передачи z4, z5 (рис. 12 – 1).

2. Построение схемы станочного зацепления при нарезании колеса с меньшим числом зубьев и профилирование зуба (включая галтель) методом огибания.

3. Вычерчивание схемы зацепления колес с указанием основных размеров и элементов колес и передачи.

4. Проектирование планетарного редуктора (подбор числа зубьев) по заданному передаточному отношению редуктора и числу сателлитов. (Приложение III, рис. Ш – 5). Допустимое отклонение uред±5%.

5. Определение передаточного отношения, линейных скоростей и чисел оборотов звеньев спроектированного редуктора графическим способом.

Основные результаты расчета привести в табл. 1 – 4 (Приложение I).




Исходные данные

Таблица 1.


Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Числовые значения

1

Средняя скорость поршня

vср

м/сек

4.5

2

Отношение длины шатуна к длине кривошипа

-

4.4

3

Отношение расстояния от точки А до центра тяжести S2 шатуна к длине шатуна

-

0,3

4

Диаметр цилиндра

d

м

0.2

5

Номинальное число оборотов вала электродвигателя

nном

1/сек

12.17

6

Максимальное давление воздуха в цилиндре

кПа

548.8

7

Момент на валу двигателя при номинальном числе оборотов

д)ном

Нм

269.5

8

Вес шатуна

Н

122.5

9

Вес поршня

Н

102.9

10

Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр тяжести

кгм2

0.2842

11

Момент инерции коленчатого вала

кгм2

5.88

12

Момент инерции ротара двигателя

GD2

кгм2

3.5

13

Маховой момент ротора двигателя

Jрд=GD2/4

кгм2

0.875

14

Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала

-

1/46

15

КПД основного механизма

-

0.8

16

Угловая координата кривошипа для силового расчета

град

330

17

Угол рабочего профиля кулачка

δраб

град

360

18

Ход плунжера насоса (толкателя кулачкового механизма)

h

м

0.019

19

Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

[]

град

15

20

Отношение величин ускорений толкателя

-

1.6

21

Числа зубьев колес 4-5

-

-

16

22

22

Модуль зубчатых колес 4, 5

мм

2.5

23

Параметры исходного контура реечного инструмента

αо

ha*

c*

град

-

-


20

1

0.25



Таблица 2.


Значения давления в цилиндрах двигателя и компрессора в долях максимального давления в зависимости от положения поршня.

Путь поршня

(в долях хода Н)

sB/H

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Давление воздуха

(в долях pmax)

p/pmax

Для хода поршня вниз

1

0,30

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Для хода поршня вверх

1

1

1

0,55

0,38

0,27

0,18

0,12

0,08

0,04

0























1. Проектирование основного механизма и определение закона движения звена приведения

1.1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма по средней скорости ползуна

Исходные данные:

1)средняя скорость поршня vср=4.5 м/с;

2)частота вращения кривошипа n1= nном=12.17с-1;

3)относительная длина шатуна λ2=l2/l1=4.4;

4)относительное положение центра масс λS2=lAS2/l2=0.3;

Длина кривошипа l1= vср/4n1=0.092м;

длина шатуна l2 = l1λ2=0.407м;

расстояние от точки А шатуна до центра масс lAS2= l2 λS2=0.122м.


2.1. Определение передаточных функций и передаточного отношения

Передаточные функции получаем из соотношений:

;

Передаточное отношение получаем из соотношения:

Результаты расчета приведены в Таблице3:


Таблица3


1

град

м

м

0

0

0

-0.226

30

-0.0552

0.074055

-0.197

60

-0.08924

0.088497

-0.115

90

-0.092

0.092

0

120

-0.07084

0.083394

0.115

150

-0.0368

0.070615

0.197

180

0

0

0.226

210

0.0368

0.070615

0.197

240

0.07084

0.083394

0.115

270

0.092

0.092

0

300

0.08924

0.088497

-0.115

330

0.0552

0.074055

-0.197

360

0

0

-0.226


По полученным данным строим графики зависимостей передаточных функций от угла поворота кривошипа в масштабах:

;

;

;



1.3. Определение приведенного момента движущих сил и построение графика суммарной работы


На механизм действуют моменты от сил тяжести и от дви­жущей силы.

Моментом сил тяжести можно пренебречь вследствие их малости по сравнении с моментом движущей силы.

Исходные данные для этого расчёта берутся по индикаторной диаграмме, которая строится по данным Таблицы 2.


Таблица 2.


Значения давления в цилиндрах двигателя и компрессора в долях максимального давления в зависимости от положения поршня.


Путь поршня

(в долях хода Н)

SB/H

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Давление воздуха

(в долях pmax)

p/pmax

Для хода поршня вниз

1

0,30

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Для хода поршня вверх

1

1

1

0,55

0,38

0,27

0,18

0,12

0,08

0,04

0



Масштаб индикаторной диаграммы:

;

Исходя из формулы

,

находим силу, действующую на поршень

,

- площадь поршня

Масштаб графика силы:

;

Результаты вычислений сведем в Таблицу 4.













Таблица 4


SB/H

P(ход вниз)

кПа

F(ход вниз)

кН

P(ход вверх)

кПа

F(ход вверх)

кН

0

548,8

548,8

17,24105

17,24105

0,1

164,64

548,8

5,1723

17,24105

0,2

0

548,8

0

17,24105

0,3

0

301,84

0

9,4826

0,4

0

208,544

0

6,5516

0,5

0

148,176

0

4,6551

0,6

0

98,784

0

3,1034

0,7

0

65,856

0

2,0689

0,8

0

43,904

0

1,3793

0,9

0

21,952

0

0,6896

1

0

0

0

0


Приведенный момент сил сопротивления, находим по формуле:

Результаты расчета сведены в Таблицу 5


Таблица 5


1

град

мм

кН