37



Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана


кафедра РК 2 «Теория машин и механизмов»







Курсовой проект по основам проектирования машин



Задание № 136 А



«Проектирование и исследование механизмов двухступенчатого компрессора двойного действия.»











Выполнил:_____________ Афиногенов А.А.


Группа Э3-51


Руководитель проекта:____________ Синицын В. В.









Москва 2005 г.



Реферат


В курсовой работе выполнено проектирование механизмов двигателя внутреннего сгорания компрессорной установки. Проведено:

- проектирование основного механизма и определен закон его движения

- силовой расчет механизма с учетом динамических нагрузок

- проектирование цилиндрической зубчатой передачи и планетарного редуктора

- проектирование кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем.









































Техническое задание


Задание №136А.

Проектирование и исследование механизмов двухступенчатого компрессора двойного действия


Угловой двухступенчатый компрессор двойного действия (рис. 1) предназначен для сжатия воздуха и выполнен на базе сдвоенного кривошипно-ползунного механизма, состоящего из коленчатого вала 1 с шатунами 2, 4 и ползунов 3 и 5 (жестко связанных между собой поршней, штоков и крейцкопфов). Механизмы компрессора приводятся в движение асинхронным электродвигателем (на рисунке не показан), связанным с коленчатым валов 1 редуктора. Смазка коленчатых и шатунных подшипников основного механизма компрессора осуществляется от шестеренного насоса, который приводится в движение от коленчатого вала. Смазку цилиндров осуществляют поршнями, представляющими собой многопоршневые насосы с кулачковым механизмом 6, 7. Насос имеет отдельный привод с планетарным редуктором.

Изменение давления в цилиндрах компрессора по перемещению поршней характеризуется индикаторными диаграммами, данные для построения которой приведены в таблице 2.


Рис. 1












Исходные данные.


Таблица 1.

Наименование величины

Обозначение

размерность

значение


размерность в СИ


значение

Угловая (круговая) частота вращения коленчатого вала.

n1

рад/с

100

рад/с

100

Объемная подача воздуха при нормальных атмосферных условиях.

Vh

м3/мин

5,7

м3

0,095

Средняя скорость поршней.

vср

м/с

3,0

м/с

3,0

Максимальное давление ступеней I компрессора.

PmaxI

МПа

0,3


Па

300000

Максимальное давление ступеней II компрессора.

PmaxII

МПа

0,9

Па

900000

Отношение диаметров поршней ступеней I, II.

d2/d1

-

0.58

-

-

Отношение длин шатуна 2 и кривошипа 1.

λ2=l2/l1

-

3

-

-

Относительное положение центра тяжести шатуна.

λS2=lSA/l2

-

0.3

-

-

Моменты инерции звеньев относительно осей, проходящих через центр тяжести.

JS2

JS4

кг*м2

кг*м2

0,1

0,1

кг*м2

кг*м2

0,1

0,1

Моменты инерции коленчатого вала.

J1

Кг*м2

0,25

Кг*м2

0,25

Массы поршней 3, 5 и шатунов 2,4.

m2

m3

m4

m5

кг

кг

кг

кг

40

20

20

20

кг

кг

кг

кг

40

20

20

20

Угловая координата для силового расчета.

φ1

градус

345

радиан

6,0214

Число зубьев шестерни редуктора.

z1

-

16

-

-

Число сателлитов в планетарном редукторе.

k

-

3

-

-

Передаточное отношение планетарного редуктора.

uпл

-

9

-

-

Модуль зубчатых колес планетарного редуктора.

m

-

1

-

-

Ход поршня 7

h7

м

0,1

м

0,1

Угол давления в кулачковом механизме.

νдоп

градус

30

радиан

0,5325

Рабочий угол профиля кулачка.

φраб

градус

120

радиан

2,0943

Коэффициент неравномерности вращения вала 1

-

1/75

-

-








Данные индикаторной диаграммы


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

Таблица 2.

Величина

Значение

S/H

0

0.02

0.08

0.17

0.28

0.435

P/Pmax

Ступень I

1.0

0.8

0.495

0.03

0.03

0.03

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.87

P/Pmax

Ступень II

1.0

0.81

0.51

0.31

0.31

0.31

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.935


Величина

Значение

S/H

0.54

0.67

0.78

0.875

0.945

1.0

P/Pmax

Ступень I

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.031

0.625

0.488

0.4

0.35

0.0316

0.031

P/Pmax

Ступень II

0.31

0.31

0.31

0.31

0.31

0.31

0.67

0.525

0.43

0.355

0.34

0.31






















1. Проектирование основного механизма и определение закона его движения.


1.1 Определение размеров механизма.


Проектирование сдвоенного кривошипно-ползунного механизма вели по средней скорости поршня. Все данные для этого приведены в таблице1.


Исходные данные:


- Средняя скорость поршня Vср=3,0м/с;

- Угловая (круговая) частота вращения коленчатого вала n1=100 рад/с.

- Отношение длин шатуна 2 и кривошипа 1


Время одного оборота вала , где - частота вращения вала кривошипа с-1, а расстояние, которое проходит поршень за один оборот, S равно 4.L1. Но . Откуда получили:

Средняя скорость поршня № I.

Откуда нашли искомую величину кривошипа.

Из заданного отношения длин шатуна 2 и кривошипа 1 определили длину шатуна 2:

Аналогично поступили для шатуна 4:


На листе начертили схему механизма, выбрав масштаб .

Угол поворота начального звена за цикл работы механизма разбили на 12 равных частей, построили механизм во всех возможных положениях.

С учетом выбранного масштаба :

LOA=50 мм LAB=150 мм LAC=150 мм.




1.2 Определение площадей поршней.


Исходные данные:


- Объемная подача воздуха при нормальных атмосферных условиях .

- Угловая (круговая) частота вращения коленчатого вала .

- Отношение диаметров поршней .


За один оборот кривошипа, в цилиндр ступени 1 засасывается количество воздуха, равное двойному объему цилиндра (т.к компрессор двойного действия), с другой стороны в минуту цилиндром ступени 1 засасывается , в минуту кривошип делает оборотов, следовательно за один оборот кривошипа в цилиндр ступени 1 засасывается воздуха, следовательно , где - ход поршня 1. Откуда получили искомое уравнение для нахождения площади первого цилиндра: . определили графически .

Подставив исходные данные определили численное значение площади поверхности поршня первого цилиндра.

С учетом того, что отношение диаметров поршней равно 0,58 получили величину площади поверхности поршня второго цилиндра:

.






1.3 Построение планов возможных скоростей.

Так как угловая скорость 1 неизвестна, то для нахождения передаточных функций были построены планы возможных скоростей. Применили этот метод, так как кинематические передаточные функции не зависят от уравнения движения механизма, и режим работы машинного агрегата установившейся. Выбрали pa=50мм и построили планы возможных скоростей для всех двенадцати положений, полученные результаты для I группы звеньев и для для II группы звеньев занесли в таблицу 1.1.


Таблица 1.1

позиции

0

1

2

3

4

5

Отрезок pb мм

0

32,48

50,84

50

35.78

17,68

Отрезок pc мм

50

50,84

32,32

0

32,32

50,84

позиции

6

7

8

9

10

11

Отрезок pb мм

0

17,68

35,78

50

50,84

32,48

Отрезок pc мм

50

35,72

17,69

0

17.69

35.72




1.4 Построение индикаторных диаграмм и графиков сил сопротивления.


Индикаторные диаграммы строили по таб. 2 (Давление в цилиндрах компрессора в долях от максимального давления в зависимости от положения поршня.)

С у четом того, что каждая ступень компрессора двойного действия, были построены индикаторные диаграммы для каждой из двух полостей. А с учетом того, что диаметр штока равен нулю, индикаторная диаграммы для второй полости строили зеркальным отображением диаграммы для первой полости.

Силы сопротивления также считали для каждой из полостей.


Для первой ступени первой полости:


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

. (11,11мм/кН)




Для первой ступени второй полости:


Масштаб графика сил сопротивления считается аналогично:


. (11,11мм/кН)

Для второй степени обоих полостей:

Рассчитываем аналогично:


. (11,11мм/кН)


С учетом выбранных масштабов были построны графики зависимости сил сопротивления от ходов поршня для каждой из ступеней и каждой из полостей.

Суммировали графики сил сопротивления для первой и второй полости каждой из степеней, получили графики сил сопротивления для первой ступени и для второй ступени.



1.5 Построение графиков приведенных моментов от сил сопротивления.



Механизм представляет собой сложную систему звеньев, на­груженных различными силами и моментами. Чтобы упростить оп­ределение закона движения такой сложной системы, применили ме­тод приведения сил и масс, который позволили заменить реальный механизм некоторой эквивалентной (расчетной) схемой - одномассовой динамической моделью механизма.


Для первой группы звеньев:

Для определения величины приведенного момента сил сопротивления первой группы звеньев , за­меняющего силу сопротивления , воспользовались формулой:


так как

Передаточную функцию , находим из плана возможных скоростей Тогда

где - длина кривошипа;

и - отрезки, изображающие скорости