Механизмы двухцилиндрового воздушного компрессора

курсовой 2.cdw

планетарного редуктора
План линейных скоростей
Планы ускорений для положений
для силового анализа
Силовой анализ механизма в положении 2
Силовой анализ рычажного
кинематической схемы
Основы конструирования
Кинематическая схема планетарного редуктора

курсовой 1.cdw

Планы скоростей для 8 положений механизма
Кинематический анализ
воздушного вомпрессора
Основы конструирования
Кинематические диаграммы для ползуна B

ТММ курсовая.doc

Министерство образования и науки Украины
Национальный горний университет
Кафедра основ конструирования
по дисциплине «Теория механизмов и машин»
«Анализ и синтез механизмов
двухступенчатого двухцилиндрового воздушного компрессора»
Структурный анализ плоского рычажного механизма . 4
Кинематический анализ плоского рычажного механизма 6
Силовой анализ механизма . 9
Проектирование кинематической схемы планетарного
Расчет геометрии внешнего эвольвентного зацепления . ..13
Теория механизмов и машин – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектирования их схем. Важнейшие задачи теории механизмов и машин – анализ и синтез механизмов. Анализ механизмов включает исследование кинематических и динамических свойств механизмов. При синтезе механизмов решают задачи построения схем механизмов по их заданным кинематическим свойствам.
Целью настоящего курсового проекта является анализ плоского рычажного механизма двухцилиндрового двухступенчатого воздушного компрессора синтез кинематической схемы планетарного редуктора построение картины эвольвентного зубчатого зацепления. Проект состоит из настоящей пояснительной записки и графической части выполненной в “КОМПАС-3D V10” помещенной в конце этой записки.
Двухцилиндровый двухступенчатый воздушный компрессор состоит из 2-х рабочих цилиндров и поршней; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. При вращении коленчатого вала соединённый с ним шатун сообщает поршню возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре из-за увеличения объёма заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра возникает разрежение и атмосферный воздух преодолев своим давлением сопротивление пружины удерживающей всасывающий клапан открывает его и через воздухозаборник поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься а затем когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину способную преодолеть сопротивление пружины прижимающей к седлу нагнетательный клапан воздух открывает последний и поступает в трубопровод . При сжатии газа его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор оборудуется водяным или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому.
Длины звеньев рычажного механизма:
Частота вращения двигателя: nдв=3000 обмин
Частота вращения кривошипа: n1=750 обмин
Массы звеньев рычажного механизма:
m2=22 кг m3=43 кг m4=22 кг m5=26 кг
Моменты инерции звеньев:
IS1=080 кг м2 IS2=06 кг м2 IS4=06 кг м2 Iдв=012 кг м2
Максимальное давление в цилиндре первой ступени: р1МАХ=024МПа
Максимальное давление в цилиндре второй ступени: р2МАХ=080МПа
Диаметр цилиндра первой ступени: d1=350 мм
Диаметр цилиндра второй ступени: d2=200 мм
Модуль колес планетарного механизма: mn=2 мм
Ход толкателя кулачкового механизма: h=20 мм
Внеосность толкателя: е=8 мм
Отношение величин ускорения: а1а2 =20
Фазовые углы поворота кулачка:
Числа зубьев колес привода масляного насоса: za=14 zb=20
Модуль зубчатых колес привода масляного насоса: m=3 мм
Допускаемый угол давления:
Положение кривошипа при силовом расчете φ1=
Коэффициент неравномерности движения коленчатого вала:
Зависимость давления воздуха от перемещения поршня (индикаторная диаграмма)
Относительное перемещение поршня
Структурный анализ плоского рычажного механизма
Структурная схема плоского рычажного механизма двухцилиндрового двухступенчатого воздушного компрессора
Рычажный механизм состоит из неподвижного звена 0 и пяти подвижных звеньев. Звено 1-входное звенья 3 и 5 – выходные.
В состав механизма входят семь низших кинематических пар пятого класса.
КП вращательного движенияКП поступательного движения
Структурная формула плоского механизма:
где w – степень подвижности механизма
р4р5 – число кинематических пар четвертого и пятого классов
n – количество звеньев механизма
Для данного механизма степень подвижности
В механизме компрессора можно выделить следующие структурные группы:
Проводим классификацию структурных групп.
Для определенности движения механизма необходимо иметь входное звено. Остальная кинематическая цепь образована двумя группами второго класса. Следовательно данный механизм является механизмом второго класса.
Кинематический анализ плоского рычажного механизма
Кинематический анализ механизма включает в себя:
Построение планов механизма для различных положений входного звена
Определение скоростей точек и звеньев механизма
Определение ускорений точек и звеньев механизма.
По заданным размерам строим планы механизма для шести положений кривошипа начиная с одного из мертвых положений. Планы механизма строятся в масштабе. Масштабный коэффициент длинны:
Положения характерных точек механизма определяется методом засечек.
Планы механизма представлены в левом углу листа 1. Линейные скорости точек звеньев механизма определяем методом планов скоростей.
Рассмотрим построение плана скоростей одного из положений.
Линейная скорость точки А движущейся по окружности и принадлежащей кривошипу ОА определяется так:
- угловая скорость кривошипа ОА.
Выбрав произвольную точку на чертеже в качестве полюса плана скоростей отложим от нее вектор скорости перпендикулярно кривошипу ОА в сторону его вращения предварительно задавшись масштабным коэффициентом:
Скорость точки В механизма находим с помощью следующего векторного уравнения:
В соответствии с этим уравнением через конец вектора скорости точки А проводим прямую перпендикулярную шатуну АВ. Через полюс проводим прямую параллельно ОВ. Точка пересечения этих прямых дает точку b плана скорости. Скорость точки D находим аналогично на основе векторного уравнения:
Угловые скорости звеньев 2 и 4 определяем из выражений:
Таким образом построены планы скоростей всех 8 планов положений механизма ( лист 1).
Из плана скоростей находим величины скоростей (положение 2):
Аналогично находим все скорости.
Результаты полученные из планов скоростей занесены в таблицу №1.
Построение планов ускорений рассмотрим на примере того же положения.
Ускорение точки А принадлежащей кривошипу и движущейся равномерно по окружности определяется так:
Из произвольно выбранной точки (полюса) откладываем в определенном масштабе
вектор параллельно кривошипу и направленный к центру его вращения.
Ускорение точки В определяем с помощью такого векторного уравнения:
По первому векторному уравнению из конца вектора ускорения точки А откладываем вектор нормального ускорения а через его конец проводим линию действия тангенциального ускорения .
Через полюс проводим прямую параллельно ОВ. Точка их пересечения – точка b плана ускорений. Ускорение точки D находим аналогично.
Модули нормальных ускорений:
Угловые ускорения звеньев 2 и 3 находим из выражений:
Ускорения центров масс звеньев находим пользуясь теорией подобия.
Таким образом строим планы ускорений для трех положений (пол. 123) механизма.
Из плана ускорений узнаем величины ускорений.
Величины ускорений приведены в таблице №2 а планы ускорений изображены на листе 2.
На первом листе построены также кинематические диаграммы для поршня первой ступени. Для поршня второй ступени диаграмма будет идентичная но будет отличаться начальной фазой.
Диаграмма перемещения поршня построена непосредственно из планов механизма причем первое положение соответствует нижнему положению поршня.
Диаграмма скорости построена из планов скоростей а диаграмма ускорений получена графическим дифференцированием диаграммы скорости.
Масштабные коэффициенты:
перемещения поршня В:
Полюсное расстояние при построении диаграммы ускорений:
Тогда масштабный коэффициент ускорений:
Силовой анализ механизма
Строим индикаторную диаграмму давления для двух цилиндров компрессора и по наибольшему значению сил инерции и давления определяем наиболее нагруженное положение механизма.
Для положения 2 производим определение реакций в кинематических парах и величину уравновешивающего момента.
По ускорениям центров масс определяем инерционные нагрузки на звенья.
Сила инерции приложенная в центре масс звена:
-ускорение центра масс Si.
где - центральный момент инерции звена i
-угловое ускорение этого звена.
Силы тяжести звеньев:
Максимальные усилия действующие на поршни:
В положении 2 усилия на поршни составляют:
Таблица 3. Нагрузки приложенные к звеньям механизма.
В положении 1 поршни В и D находятся в верхней и нижней мертвых точках соответственно шатуны вертикальны поэтому все силы вертикальны и нет необходимости строить план сил. Уравнения равновесия сил:
Рассмотрим последовательность выполнения силового анализа механизма на примере положения 2.
Силовой анализ начинаем с последней группы 4-5.
В определенном масштабе длины вычерчиваем группу и прикладываем к ее звеньям силы тяжести инерционной нагрузки силы давления воздуха а так же искомые реакции во внешних кинематических парах группы. Реакции во вращательных парах раскладываем на нормальные и тангенциальные составляющие.
В начале из уравнения равновесия моментов сил относительно общей точки группы определяем тангенциальные составляющие реакций. Затем записав векторное уравнение равновесия для всей группы решаем его графически (план сил) и находим нормальные составляющие и полные реакции во всех кинематических парах группы.
После этого рассматриваем входное звено и определяем уравновешивающий момент.
Запишем уравнение равновесия моментов сил действующих на звено 4 относительно точки D:
Векторное уравнение равновесия группы:
Строим план сил из которого находим . План сил представлен на листе 2.
находим из векторного уравнения:
Из уравнения равновесия моментов сил действующих на звено 5: находим что
Уравнение равновесия моментов сил действующих на звено 2 относительно точки В:
Находим тангенциальную составляющую:
Строим план сил из которого находим .
План сил представлен на листе 2.
Из уравнения равновесия моментов сил действующих на звено 3: находим что
Условие равновесия звена 1:
Уравновешивающий момент:
Результаты силового анализа приведены в таблице №4.
Проектирование кинематической схемы планетарного редуктора
Заданная частота вращения двигателя
Частота вращения кривошипа
Числа зубьев простой передачи
Модуль зубьев планетарного редуктора
Количество ступеней планетарного редуктора
Передаточное число редуктора
Передаточное число планетарного редуктора
Передаточное число одной ступени
Из условия соосности ( ) и формулы для передаточного отношения ( ) найдем значение п=
Так как n1 наименьшее число зубьев будет у сателлита. Принимаем .
Число зубьев центрального колеса:
Число зубьев опорного колеса:
По условию соседства определим предельно допустимое число сателлитов:
Возможное число сателлитов k=12 k. Из условий сборки найдем число q(k) которое должно быть целым.
Принимаем число сателлитов k=3.
Делительные диаметры колес:
Кинематическая схема планетарного редуктора представлена на листе 2. Там же изображен план скоростей редуктора.
Расчет геометрии внешнего эвольвентного зацепления
Числа зубьев шестерни и колеса
Коэффициенты смещения
=2*za=2*31414=0448 2=2*zb=2*31420=0314
Делительное межосевое расстояние
Инволюта угла зацепления
Угол зацепления в сборке
Начальное межосевое расстояние
Делительные диаметры и радиусы:
Радиусы основных окружностей:
Радиусы начальных окружностей:
Радиусы окружностей впадин:
Радиусы окружностей выступов:
Толщина зубьев по делительной окружности:
Углы профиля эвольвенты на окружностях выступов:
Коэффициент перекрытия:
Картина эвольвентного зацепления строится известным методом и представлена на листе 3.
И. И. Артоболевский Б. В. Эдельштейн Сборник задач по теории механизмов и машин 1973 г.
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Кореняко А.С. Кременштейн Л.И. Петровский С.Д. и др..М.: Машиностроение 1964. 324 с. с илл.
Розрахунок плоского важільного механізму. Методичні вказівки до виконання домашнього завдання для студентів немеханічних спеціальностей.упоряд.: К.А.Зіборов .М.Мацюк Е.М. Шляхов.-Д.: НГУ 2007.-27с.