Выбор и сравнение прототипов по ряду критериев. Геометрический и кинематический анализ механизма двухцилиндрового поршневого компрессора. Определение силовых и кинематических характеристик механизма. Динамическое исследование машинного агрегата.
Аннотация к работе
Сравнение двух получившихся механизмов по заданным критериям и выбор одного механизма для дальнейших исследований Поршневой компрессор, который также часто называют объемным компрессором, всасывает некоторый объем воздуха и при помощи поршня, соединенного с коленчатым валом, сжимает исходный объем воздуха до меньшего объема (рис. Когда поршень опускается, в цилиндре образуется свободное пространство, и в результате перепада давления открывается впускной клапан, через который воздух всасывается в камеру сжатия. Затем, когда поршень проходит точку поворота, соответствующую наибольшему объему камеры сжатия, впускной клапан закрывается, и давление воздуха начинает возрастать. Когда давление в камере достигает заданных параметров, открывается нагнетательный клапан, и сжатый воздух покидает камеру сжатия.1) Структурная схема механизма 1) Структурная схема механизма Рис 2.1 Рис 2.2 Число подвижных звеньев Число подвижных звеньев механизма механизмаДля обоих механизмов определяем крайние положения (скорость выходного звена равна нулю).К1 - критерий, характеризующий внешние условия передачи сил в механизме где - максимальное значение аналога скорости выходного звена, - длина кривошипа Уменьшить значение критерия К1 можно уменьшив значение максимального аналога скорости выходного звена или увеличив длину кривошипа.Для сравнения прототипов по выбранным критериям составим таблицу сравнения. В результате сравнения прототипов по выбранным критериям и по габаритам можно сделать выводы о том, какой из прототипов нам больше подходит.Определение этих зависимостей составляет прямую задачу геометрического анализа.Групповыми уравнениями определяются координаты характеристических точек при различных положениях частей механизма в зависимости от входной координаты. Для расчетного механизма групповые уравнения имеют вид: Для кривошипа: XA=L1?cos(q) (2) Система (2) не имеет неизвестных, так как координаты точки Нам необходимо знать значение Cos(j2), а его мы можем получить из основного тригонометрического тождества: Cos2(a) Sin2(a)=1 (6) Для решения этой системы нет необходимости заново пересчитывать Sin(j2) и Cos(j2), так как они уже сосчитаны (формулы (5) и (8)): XD=XC X3D ?Cos(j3)-Y3D?Sin(j3) (9)Прямая задача кинематического анализа заключается в определении первых и вторых производных по времени от функций положения при заданных законах изменения обобщенных координат и их производных. Для кривошипа продифференцируем уравнение 2 по q: XA` =-L1?sin(q) Группа ВВВ: Для углов ?2 и ?3 дифференцируем соответствующие уравнения по ?:-L2·sin(?2)·?2` ?3`·L3·sin(?3) =-XA` ?2`·L2·cos(?2) - ?3`·L3·cos(?3) =-YA` Группа ВВВ: Для углов ?2 и ?3 еще раз продифференцируем уравнения по ?: - XA``=-L2cos (?2) ·(?2`)2 L3cos (?3) · (?3`)2-L2sin (?2)·?2`` ?``3·L3·sin (?3) Для точки B еще раз продифференцируем уравнения 3: XB``=XA``-L2cos (?2) · (?2`)2-L2sin (?2) · ?2``В результате проведенного кинематического анализа механизма, который мы проводили двумя способами, получены результаты приведенные выше.Результаты силового расчета используются при выборе двигателя, проектировании корпусных деталей, фундамента. При определении реакций считаем, что закон движения звеньев механизма задан. В ходе силового анализа также определяется движущий момент, который необходим для выбора двигателя механизма.a) знак рабочей нагрузки противоположен знаку скорости выходного звена 5.Из уравнений кинетостатики звена 5 и звена 4: найдем реакции в шарнирах (R34), и реакцию опоры (R05). Из уравнений кинетостатики звеньев 2 и 3 найдем реакции в шарнирах (R23, R12,R03): Кривошип Из уравнений кинетостатики кривошипа найдем движущий момент Т.к. главный вектор сил инерции есть мера внешней виброактивности, то для ее уменьшения необходимо уравновесить главный вектор сил инерции. Этот способ позволяет полностью уравновесить главный вектор сил инерции, но, как следствие установки противовеса, подвижные звенья механизма нагружены значительными массами.В результате проведения силового анализа механизма были определены реакции в кинематических парах исполнительного механизма и движущий момент, прикладываемый к кривошипу.В курсовом проекте предлагается использовать электрический двигатель постоянного тока независимого возбуждения. Такой двигатель имеет линейную статическую характеристику, что упрощает расчет установившегося режима и режима разбега. Двигатель выбирают по необходимой (эквивалентной) мощности, т.е. такой мощности, которая требуется для того, чтобы механизм, испытывающий воздействие заданных сил, совершал требуемые движения. Выбираем двигатель N= 2ПН90М Паспортные данные двигателяА также динамическое исследование позволяет определить динамические моменты, т.е. движущий момент и момент в передаточном механизме.Машинный агрегат состоит из двигателя, передаточного и исполнительного механизмов. Динамический расчет машинного агрегата связано с определением и исследованием стационарного решения системы дифференциальных уравнений Уравнение (1) представляет собой уравнение механической
План
Содержание
1. Введение
2. Выбор прототипа исполнительного механизма
2.1 Описание прототипов
2.2 Метрический синтез механизмов
2.2.1 Подбор звеньев по критерию Kv
2.2.2 Подбор звеньев по ходу выходного звена
2.2.3 Подбор по критерию К1
2.2.4 Подбор по критерию К2
2.2.5 Сравнение прототипов по выбранным критериям
3. Геометрический анализ механизма
3.1 Задача геометрического анализа
3.2 Составление уравнений геометрического анализа
3.2.1 Решение уравнений геометрического анализа в общем виде для прототипа №1
3.2.2 Решение уравнений геометрического анализа в общем виде для прототипа №2
4. Кинематический анализ механизма
4.1 Задачи кинематического анализа
4.2 Уравнения кинематического анализа для прототипа №1
4.3 Планы аналогов скоростей и аналогов ускорений для прототипа №1
4.4Уравнения кинематического анализа для прототипа №2
4.5 Планы скоростей и ускорений для прототипа №2
4.6 Выводы
5. Силовой анализ механизма
5.1 Задачи силового анализа
5.2 Выбор рабочей нагрузки
5.2.1 Определение масс, моментов инерции, сил тяжести, сил инерции и моментов сил инерции
5.2.2 Определение реакции и движущего момента
5.2.3 Определение движущего момента из общего уравнение динамики
5.3 Сравнение движущего момента прототипа №1 при q=300°
5.4 Исследование внешней виброактивности механизма
5.5 Выводы
5.6 Выбор двигателя
6. Динамическое исследование машинного агрегата
6.1 Задачи динамического исследования
6.2 Построение динамической и математической модели машины
6.3 Решение уравнений движения МА
6.4 Определение динамических нагрузок МА
6.5 Оценка динамических свойств МА
6.6 Модификация машины по динамическим критериям
6.7 Исследование переходного процесса
Выводы
Список литературы
Введение
двухцилиндровый поршневой компрессор
Целью данного курсового проекта является разработка кинематической схемы двухцилиндрового поршневого компрессора, служащего для сжатия и / или нагнетания воздуха (или других газов).
Курсовой проект включает в себя следующие этапы: 1. Выбор прототипов механизма
2. Структурный анализ выбранных прототипов
3. Геометрический анализ выбранных прототипов
1. Кинематическое исследование выбранных прототипов, синтез механизмов по заданным критериям и получение из прототипов механизмов с заранее заданными параметрами
2. Сравнение двух получившихся механизмов по заданным критериям и выбор одного механизма для дальнейших исследований
3. Силовое исследование выбранного механизма
4. Динамическое исследование выбранного механизма
ОПИСАНИЕ МЕХАНИЗМА
Поршневой компрессор, который также часто называют объемным компрессором, всасывает некоторый объем воздуха и при помощи поршня, соединенного с коленчатым валом, сжимает исходный объем воздуха до меньшего объема (рис. 1.1).
Физический смысл этого действия выражается простейшим соотношением (закон Бойля) P1V1=P2V2 где индекс (1) относится к начальному состоянию воздуха, а индекс (2) - к состоянию сжатого воздуха. Отсюда ясно, что производительность компрессора определяется объемом цилиндра, а степень повышения давления зависит от хода поршня.
Рис. 1.1. Принцип работы поршневого компрессора.
Принцип работы поршневого компрессора: 1. Когда поршень опускается, в цилиндре образуется свободное пространство, и в результате перепада давления открывается впускной клапан, через который воздух всасывается в камеру сжатия.
2. Затем, когда поршень проходит точку поворота, соответствующую наибольшему объему камеры сжатия, впускной клапан закрывается, и давление воздуха начинает возрастать.
3. По мере сокращения объема камеры сжатия давление воздуха увеличивается.
4. Когда давление в камере достигает заданных параметров, открывается нагнетательный клапан, и сжатый воздух покидает камеру сжатия.
Одно из преимуществ поршневого компрессора обусловлено его возвратно-поступательным действием. Сжатие можно осуществлять с одной или по обе стороны поршня. Если сжатие выполняется только одной из сторон поршня, оно называется процессом однократного действия. Если используются обе стороны поршня, сжатие называется процессом двукратного действия.
Преобразование вращательного движения выходного вала передаточного механизма в возвратно-поступательном движении рабочего органа (поршня) осуществляется плоским шестизвенным рычажным механизмом. Изменение давления в цилиндре при движении поршня характеризуется индикаторной диаграммой.
Поршневой компрессор имеет принудительную систему смазки, работающую от плунжерного масляного насоса кулачкового типа.
Исходные данные
Ход поршня (ползуна). Hmax= 0,06 м, Число оборотов кривошипа n1=135 об/мин, Максимальное давление на поршень Pmax=0,45 МПА, Диаметр цилиндров D=0,07 м, Угол между осями цилиндров ?=180°, Коэффициент изменения средней скорости Kv=1, Массы звеньев mi = g ? li, где погонная масса g = 25 кг/м, Коэффициент неравномерности вращения d = 0,05
График изменения давления на рабочем ходу насоса:
Рис.1.2
Выбор критериев синтеза механизмов
Для проектирования механизма, необходимо выбрать прототипы исполнительных механизмов, а затем провести их синтез по выбранным критериям с целью получения механизма, соответствующего техническому заданию. В качестве критериев синтеза выберем следующие: 1) Ход поршня Н
2) Коэффициент изменения средней скорости Kv
3) К1 - критерий, характеризующий внешние условия передачи сил в механизме
4) К2 - критерий, характеризующий внутренние условие передачи сил в механизме
5) Габариты
6) Постоянная скорость рабочего звена
Вывод
В результате проведенного кинематического анализа механизма, который мы проводили двумя способами, получены результаты приведенные выше. Видно, что между результатами имеются некоторые небольшие расхождения. Наиболее точные результаты дал расчет на компьютере в программе MATHCAD.В результате проведения силового анализа механизма были определены реакции в кинематических парах исполнительного механизма и движущий момент, прикладываемый к кривошипу.
После уравновешивания первой гармоники главного вектора сил инерции виброактивность механизма по оси ОХ уменьшилась вдвое, но поскольку колебания вызываемые главным вектором сил инерции не значительны по сравнению с передаваемыми нагрузками, то приходим к выводу, что установка противовесов будет не рациональна.