Проектирование и исследование механизмов компрессора

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский Государственный университет

Кафедра «Проектирование механизмов и деталей машин»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по ТММ:

«Проектирование и исследование механизмов компрессора»

Выполнил: студент гр. 620832 Решилин А.В.

Консультировал: профессор Крюков В.А.

Тула 2005

Содержание

Введение

1 Структурный анализ и синтез стержневого механизма

1.1 Структурный анализ стержневого механизма

1.2 Структурныйсинтез рационального механизма

2 Кинематический анализ стержневого механизма

2.1 Построение планов положений механизма

2.2 Построение планов скоростей

2.3 Построение планов ускорений

3 Динамический анализ и синтез машинного агрегата

3.1 Динамическая модель машинного агрегата

3.2 Построение графика приведенных моментов сил сопротивления

3.3 Построение графика работ сил сопротивления

3.4 Построение графика движущих сил и определение движущего момента

3.5 Построение графика приращения кинетической энергии

3.6 Построение графика приведенного момента инерции

3.7 Построение диаграммы Виттенбауэра

3.8 Подбор маховика

3.9 Построение графика угловой скорости входного звена стержневого механизма

4 Кинематический расчет передаточного механизма

5 Геометрический синтез эвольвентной цилиндрической зубчатой передачи

5.1 Условия и ограничения синтеза

5.2 Выбор оптимального варианта передачи

5.3 Расчет геометрических параметров, качественных характеристик и контрольных размеров передачи

5.4 Построение картины зацепления

6 Синтез планетарной передачи

6.1 Условия синтеза

6.2 Синтез планетарной передачи

6.3 Построение плана скоростей и диаграммы угловых скоростей

Список используемой литературы

Введение

Механизм компрессора состоит из стержневого механизма, передаточного механизма и исполнительного органа. Функциональная схема механизма показана на рисунке В.1. Передаточный механизм выполнен в виде последовательного соединения планетарной передачи и рядной зубчатой передачи. Стержневой механизм предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа во возвратно–поступательного движения ползуна. Передаточный механизм предназначен для уменьшения угловой скорости и увеличения крутящего момента.

Рис. В.1. Функциональная схема машинного агрегата

ЭД – электродвигатель

ПМ – передаточный механизм

СМ – стержневой механизм

ИО – исполнительный орган

1.
Структурный анализ и синтез стержневого механизма

1.1
Структурный анализ стержневого механизма

проектирование механизм компрессор

Стержневой механизм предназначен для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Стержневой механизм является плоским и состоит из пяти подвижных звеньев и семи кинематических пар. Структурная схема механизма приведена на рисунке 1.1, характеристики звеньев в таблице 1.1., характеристики кинематических пар в таблице 1.2

Рис.1.1 Структурная схема стержневого механизма

В состав механизма входят 5 подвижных звеньев, одно неподвижное звено (стойка) и 7 КП. Характеристики звеньев приведены в таблице 1.1, а характеристики КП в таблице 1.2.

Таблица 1.1

Характеристика звеньев

Таблица 1.2

Характеристика кинематических пар

Определим число степеней свободы механизма по формуле Чебышева:

где n – число подвижных звеньев;

pн – число низших кинематических пар;

pв – число высших кинематических пар.

Разбиваем механизм на группы Ассура. Структурные схемы группы приведены на рисунке1.2.

Рис.1.2. Структурные группы Ассура

Т.к. в механизм входят группы только второго класса, то весь механизм относится ко второму классу.

1.2 Структурный синтез рационального механизма

Определим число избыточных связей стержневого механизма по формуле Сомова-Малышева:

где р5 – число кинематических пар 5 класса;

р4 – число кинематических пар 4 класса;

р3 – число кинематических пар 3 класса;

р2 – число кинематических пар 2 класса;

р1 – число кинематических пар 1 класса;

Для устранения избыточных связей понижаем класс кинематических пар. Характеристика кинематических пар рационального механизма приведена в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Характеристика кинематических пар рационального механизма

Структурная схема синтезированного рационального механизма приведена на рисунке 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема рационального механизма

Для проверки определяем число степеней свободы синтезированного механизма.

2.
Кинематический анализ стержневого механизма

2.1
Построение планов положения механизма

Рассчитываем длины отрезков, изображающих звенья механизма на чертеже.

; ;

;;

; ;

; ;

; ;

; ;

; .

Для построения планов положений выбираем масштабный коэффициент .

Строим план положений механизма:

1. Наносим на чертеже точки, соответствующие неподвижным КП и линию по которой движется ползун.

2. Проводим окружность с центром O1 и радиусом O1A.

3. Разбиваем окружность на 12 равных частей с интервалом 30о и пронумеровываем их в направлении угловой скорости, так чтобы крайнему положению поршня соответствовала точка „0”.

4. Методом засечек рисуем планы положений звеньев для всех 12 положений на окружности.

2.2 Построение плана скоростей

Метод планов скоростей относится к графическому методу кинематики и позволяет определить скорости точек и угловых ускорений звеньев.

Рассчитываем угловую скорость кривошипа:

;

.

Определяем скорость точки А кривошипа 1, совершающего вращательное движение

.

Принимаем длину масштабного отрезка, изображающего скорость точки А ра= 60 мм и рассчитываем масштабный коэффициент плана скоростей

=0,05233;

Принимаем .

Пересчитываем значение масштабного отрезка

=62,8мм.

Находим скорость точки B:

VB=VA+VBAгде,

VBA – относительная скорость точки В, направленная перпендикулярно АВ;

VB– абсолютная скорость точки В, направленная перпендикулярно ВО3.

Решаем это уравнение графически.

Положение точки C на плане скоростей находим из условия подобия одноименных фигур планов скоростей и планов механизма.

Находим скорость точки D:

VD=VC+VDCгде,

VDC – относительная скорость точки D, направленная перпендикулярно CD

VD – абсолютная скорость точки D, направленная вертикально.

Решаем это уравнение графически.

Рассчитываем абсолютные скорости точек:

Относительные скорости:

Угловые скорости звеньев:

;

;

.

Результаты расчетов скоростей заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Скорости точек и угловые скорости звеньев

2.3 Построение планов ускорений

Определяем ускорение точки а кривошипа 1, совершающего вращательное движение:

, , значит

;

м/с2.

Принимаем длину масштабного отрезка, изображающего ускорение точки А и рассчитываем масштабный коэффициент плана ускорений

;

Принимаем .

Пересчитываем значение масштабного отрезка:

.

Ускорение точки В считается по формулам:

;

– нормальное ускорение точки В относительно полюса А;

– тангенсальное ускорение точки В относительно полюса А;

– нормальное ускорение точки В;

– тангенсальное ускорение точки В;

, =;

Решаем это уравнение графически.

Используя условие подобия одноименных фигур плана ускорений и плана механизма находим положение точки C на плане ускорений.

Ускорение точки D считается по формуле:

;

– нормальное ускорение точки D относительно полюса С;

– тангенсальное ускорение точки D относительно полюса С;

;

Решаем это уравнение графически.

Рассчитываем ускорения:

;

;

;

;

;

;

Рассчитываем угловые ускорения звеньев:

;

;

Полученные данные заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Ускорения точек и угловые ускорения звеньев

3
.
Динамический анализ и синтез машинного агрегата

3.1 Динамическая модель машинного агрегата

Основным условием синтеза машинного агрегата является обеспечение заданной неравномерности движения , где - фактическое значение неравномерности, - допускаемое значение коэффициента неравномерности. =0,07

Конструктивно эта задача решается с помощью установки маховика. В результате решения задачи синтеза определяется:

1- необходимый момент инерции маховика;

2- размеры маховика;

3- место установки маховика.

Для упрощения решения задач синтеза механизм заменяется его расчетной динамической моделью (рис.3.1.). Эта модель представляет собой твердое тело, обладающее некоторым моментом инерции (– приведенный момент инерции), вращающееся вокруг неподвижной осипод действием пары сил с моментом (– приведенный момент сил). Угловая координата динамической модели должна совпадать с угловой координатой одного из звеньев механизма (звено приведения).

Рис. 3.1. Динамическая модель машинного агрегата

3.2 Построение графика приведенного момента сил сопротивления

Схема механизма с приложенными к ней силами показана на рисунке 3.2.

Рис.3.2 Схема механизма с приложенными силами

На звенья механизма действуют следующие силы:

1. Силы тяжести звеньев

2. Момент сил сопротивления.

Приведенный момент сил сопротивления рассчитываем по формуле:

- углы между направлением соответствующих сил и скоростью их точки приложения.

, т.к.

углы , определяются по планам скоростей.

Индикаторная диаграмма, показывающая давление газов в цилиндре изображена на рисунке 3.3.