Курсовая работа 127: Проектирование и исследование механизмов поршневой компрессорной машины вариант ГП12

Проектирование и исследование механизмов поршневой компрессорной машины

Содержание

• 1. Техническое задание ...............................................................................4
• 1.1.Краткое описание работы механизма   …………………………….….4
• 1.2.Исходные данные ………………………………………………………11
• 2. Проектирование основного рычажного механизма и определение закона движения его начального звена………...……..11
• 2.1.Построение механизма. Определение необходимых данных к проектированию   кинематической схемы кривошипно-ползунного механизма………..11
• 2.2.Определение требуемых передаточных функций скоростей .……...14
• 2.3.Построение индикаторной диаграммы  и графиков  сил ,  действующих на поршни ……..……………………………................14
• 2.4.Построение графиков приведенных моментов  , ,       и графика суммарного приведенного момента  ….…………...15
• 2.5.Построение графика суммарной работы  ….……………………17
• 2.6.Построение графиков  переменных приведенных моментов инерции  II группы звеньев и графика их суммы   .……………………..17
• 2.7.Переход от графика  к графику кинетической энергии всего          механизма ………………………..……………………………….18
• 2.8.Переход от графика   к приближенному графику  кинетической энергии этой же группы звеньев…………………….18
• 2.9.Построение графика   кинетической энергии I группы звеньев…………………………………………………………………18
• 2.10.Определение необходимого момента инерции маховых масс .18
• 2.11.Переход от графика   к приближенному графику  угловой скорости начального звена …………………………………………..19
• 2.12. Данные к силовому расчету ……………………………………….19
• 3. Силовой расчет основного рычажного механизма….……………19
• 3.1.Исходные данные……………….…………………………………….19
• 3.2.Построение схемы механизма……………………………………….20
• 3.3.Определение скоростей точек механизма…………….…………….20
• 3.4.Определение ускорений точек механизма………………………….20
• 3.5.Определение главных векторов и главных моментов сил инерции21
• 3.6.Силовой расчет……………………………………………………….22
• 4. Проектирование зубчатой передачи.................................................24
• 4.1.Исходные данные…………………………………………………….24
• 4.2.Последовательность расчета зубчатой передачи…………………..24
• 4.3.Качественные показатели работы зубчатой передачи…………….25
• 4.4.Выбор коэффициента смещения   x с учетом качественных   показателей работы зубчатой передачи………………………………………..26
• 4.5.Построение профиля зуба колеса, изготовляемого реечным инструментом……………………………………………………………..27
• 4.6.Построение проектируемой зубчатой передачи…………………...28
• 5. Проектирование планетарного редуктора…………………..........30
• 5.1.Исходные данные…………………………………………………….30
• 5.2.Условия, которым должны удовлетворять числа зубьев колес  редуктора……30
• 5.3.Выбор числа зубьев…………………………………………………..30
• 5.4.Графическая проверка передаточного отношения редуктора…….31
• 6. Проектирование кулачкового механизма………………………...31
• 6.1.Исходные данные…………………………………………………….31
• 6.2.Построение кинематических диаграмм и расчет масштабов построения………………………………………………………….31
• 6.3.Построение диаграммы …………………………………..….33
• 6.4.Построение области допустимого расположения центра вращения кулачка………………………………………………………………33
• 6.5.Выбор положения центра вращения кулачка и определение основных размеров кулачкового механизма………………………………...34
• 6.6.Построение центрового и конструктивного профилей кулачка и кинематической схемы кулачкового механизма………………...34
• 6.7.Построение графика изменения углов давления…………………..34
• 7. Заключение……………………………………………………………37
• 8. Список литературы…………………………………………………..38

1. Техническое задание.

1.1 Краткое описание работы механизмов. 

Компрессорная машина – совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования. Компрессор объемный – машина для повышения давления и перемешивания газа, в которой процесс сжатия происходит в результате периодического изменения геометрических размеров рабочего пространства, занимаемого газом. В поршневом компрессоре сжатие газа осуществляется за счет возвратно-поступательного перемещения поршня в цилиндре компрессора. Это перемещение поршня обеспечивается кривошипно-ползунным, кулисным или кулачковым механизмами. Если требуемое давление газа нельзя получить в одном цилиндре, то применяют многоступенчатые машины, в которых газ последовательно проходит через несколько цилиндров и межступенчатых охладителей (холодильников).
На рис. 1.1 приведена схема трехступенчатой компрессорной машины. Диаметры D, D, D цилиндров при одинаковой длине H хода поршней связаны между собой зависимостями, вытекающими из уравнений состояния газа.На рис. 1.2 представлена функциональная схема вертикального двухступенчатого компрессора с двухрядным расположением цилиндров. Движение передается от асинхронного электродвигателя Д через планетарный зубчатый редуктор ПР и зубчатую цилиндрическую пару z-z на коленчатый трех опорный вал 1,на котором установлен маховик МАХ. Поршни 3 и 5 перемещаются с помощью шатунов 2 и 4. Сжатый газ из цилиндра ступени I поступает в холодильник и далее в цилиндр ступени II с помощью соответствующих  самодействующих клапанов. Каждый цилиндр имеет одну рабочую полость, а поршни выполнены удлиненной формы (коэффициент l/D = 0,8…1,2 – отношение длины поршня к его диаметру). Крейцкопфный механизм снабжен дополнительным ползуном, следовательно, поршень может работать двумя сторонами. Таким образом, компрессоры могут быть одностороннего и двустороннего действий (всасывания – сжатия).Схемы типовых конструкций с разным расположением осей цилиндров приведены на рис. 1.3 и 1.4. Различают односторонние горизонтальные (рис. 1.3а), вертикальные (см. рис. 1.2), оппозитные горизонтальные (рис. 1.3б), угловые прямоугольные (рис. 1.4а), V –образные (рис. 1.4б) и W –образные схемы механизмов. Применяют однорядные, двухрядные и многорядные компрессоры. Последние имеют определенные преимущества: более равномерное распределение приведенного момента активных сил, а следовательно, меньшую массу маховика.
Сжатие газа в компрессорных машинах происходит по политропе, если не учитывается теплообмен с окружающей средой, или по изотерме – для машин с внутренним охлаждением в многоступенчатых поршневых компрессорах (рис. 1.5). На рисунке приведены графики политропы 1 и изотермы 2 с показателями степеней c = 1,3, c = 1 соответственно.
При расчете политропы расширения газа применяют коэффициент, являющийся отношением относительного мертвого пространства (см. рис. 1.5) к объему, описанному поршнем за один его ход, т.е. l = V/V = =0,06…0,12. Степень повышения давления газа e в одном цилиндре равна отношению давления нагнетания P к давлению всасывания P: Чтобы не возникла опасность воспламенения и взрыв масла на крышках цилиндров и поверхностях клапанов, значение e  не должно превышать установленную норму. Для воздушных компрессоров e  2,8…3,5. Если степень повышения давления компрессора превышает эти нормы, то применяют несколько ступеней: 
где  z – число ступеней сжатия в компрессоре.
Обычно принимают  e = e =…= e, тогда
Число ступеней сжатия выбирают с учетом следующих рекомендаций:
Оптимальное                                                                                                                           
конечное
давление по
критерию
полезного
действия,
МПа . . . . . . .    0,3          1,0          2,0          6,0          20           30           60
 
 
Интервал
давлений,
МПа . . . . . . . 0,1-0,7    0,5-3,0    1,3-15     3,5-40    15-100    20-130     45-150    
 
Число сту-
пеней сжа-
тия . . . . . . . .       1             2             3            4              5             6             7   
 
Изменение параметров сжимаемого газа в каждой ступени представлено на индикаторной диаграмме в координатах давление – перемещение поршня в цилиндре (рис. 1.6 и 1.7) в зависимости от степени повышения давления газа e, давления всасывания и изменения объема газа в холодильнике (рис. 1.5). 
Электромеханический привод. Между приводным электродвигателем и компрессором устанавливают зубчатый редуктор с одной или двумя парами цилиндрических зубчатых колес или планетарный редуктор, обеспечивающие работу компрессора с оптимальной частотой вращения коленчатого вала или с заданной средней скоростью поршня. Превышение скорости недопустимо по критериям прочности, износа трущихся деталей и потерь энергии в клапанах. Как правило, используют асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения, равной 750…2000 об/мин, при этом средняя скорость поршня составляет 2,5…5 м/с (рис. 1.2).
Структурную схему планетарного редуктора выбирают по таблице в соответствии с требуемым передаточным отношением.
Система смазки. Крупные компрессорные машины снабжены системами смазки механизмов привода (подшипников, зубчатых колес, соединительных зубчатых муфт) и деталей цилиндропоршневой группы. Предусмотрены два маслонасоса: рабочий (соединен муфтой с валом компрессора) и резервный (с отдельным приводом). В крейцкопфных компрессорах применяют механизмы привода, смазываемые индустриальными маслами, а для цилиндропоршневой группы используют компрессорные масла с необходимой дифференциацией по вязкости, температуре начала окисления и самовоспламенения  и нагарообразующей способности.
Радиально-поршневые насосы (РПН) используют для смазки цилиндров. Для маслонасосов (лубрикаторов) используют либо отдельный электромеханический привод, либо привод коренного вала или крейцкопфа (рис. 1.8).

1.2. Исходные данные.

Чертежи

Лист 1 - Определение закона движения

Лист 2 - Силовой расчет

Лист 3 - Проектирование зубчатой передачи

Лист 4 - Проектирование кулачкового механизма