Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

А сколько
стоит написать твою работу?

цену

Вместе с оценкой стоимости вы получите бесплатно
БОНУС: спец доступ к платной базе работ!

и получить бонус

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту.

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.

В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сарапульский политехнический институт (филиал)

Ижевского государственного технического университета

Кафедра ТММСиИ

Дисциплина "Теория механизмов и машин"


Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему "Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса"


Выполнил: студент группы 512

Коробейников С.Н.

Проверил: Урбанович В.С.


Сарапул 2010 г.

Содержание


Введение

1. Техническое задание

1.1 Краткое описание работы механизма

1.2 Исходные данные

2. Исследование рычажных механизмов

2.1 Метрический синтез механизма

2.2 Структурный анализ механизма

2.3 Кинематическое исследование механизма

3. Проектирование кулачкового механизма

3.1 Построение диаграмм движения толкателя

3.2 Определение минимального радиуса кулачка

3.3 Профилирование кулачка

4. Проектирование зубчатой передачи

4.1 Расчет привода машины

4.2 Расчет внешнего неравносмещенного зацепления с прямыми зубьями

4.3 Качественные показатели зацепления

5. Силовой расчет механизма

6. Расчет маховика

Список литературы


Введение


Развитие современной науки и техники неразрывно связано с созданием новых машин, имеющих целью повышение производительности и облегчение труда людей, а также обеспечение средств исследования законов природы и жизни человека.

Целью создания машины являются увеличение производительности и облегчение физического труда человека путем замены человека машиной. Созданные человеком машины могут управлять производственными и другими процессами по определенным, заранее составленным программам и в некоторых случаях автоматически обеспечивать процесс с оптимальными результатами. [1]

Основной целью курсового проектирования является подготовка к комплексному проектированию определенной машины или механизма. Выполняя курсовой проект, студенты знакомятся с общими принципами исследований кинематических и динамических свойств механизмов методами проектирования их. При курсовом проектировании начинается профессиональное становление будущего инженера – приобретение опыта самостоятельного решения задач, связанных с производственной деятельностью. [2]


1. Техническое задание


1.1 Краткое описание работы механизма


Поршневой насос принадлежит к насосам объемного типа и характеризуется наличием одной или нескольких камер, в которых возвратно-поступательно двигаются поршни, сообщая перекачиваемой жидкости или газу избыточное давление. Изоляция камеры от полостей всасывания и нагнетания в процессе работы осуществляется с помощью впускного и нагнетающего клапанов. Особенностью поршневых насосов является периодический, пульсирующий характер подачи, обуславливающий неравномерность давлений и подачи по времени.

Для поршневых насосов наряду с кривошипно-ползунными механизмами для увеличения производительности применяются кулисные механизмы. В задании поршневой насос состоит из кулисного О2АО3 и шатунного ОВС механизмов (рис. 1а). На ведущий вал О2 крутящий момент передается от вала электродвигателя через привод насоса (рис. 1б). Рабочим ходом является процесс нагнетания. Нагнетание происходит медленнее, чем всасывание рабочего тела, соответственно этому необходимо выбирать направление вращения кривошипа О2А.

Кулачковые механизмы служат для открывания всасывающего и нагнетающего клапанов. В задании необходимо спроектировать кулачковый механизм, показанный на рис. 1в, который служит для нагнетания рабочего тела. Кулачки получают вращение от вала кривошипа через ременную передачу с передаточным отношением 1 (на рис. не показана). Диаграммы ускорений толкателя даются на рис. 1г. [3]


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Рис. 1


1.2 Исходные данные


Расстояние между стойками Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

ход ползуна H = 0,11 м;

отношения Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

конструктивный угол III звена ν = 80°;

коэффициент изменения скорости хода К = 2;

длина толкателя ℓED = 0,22 м;

полный угол размаха толкателя βmax = 19°;

минимальный угол передачи движения γmin = 45°;

числа зубьев колес Z1 = 21, Z2 = 47, Z6 = 12, Z7 = 18;

модули m1 = 5 мм; m2 = 5,5 мм;

коэффициент неравномерности хода δ = 1/3;

погонный вес q = 120 H/м;

межосевое расстояние Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

частота вращения двигателя nдв = 1530 об/мин;

передаточное отношение u1-5 = 15,85;

зацепления Z6 – Z7 неравносмещенное;

сила полезного сопротивления Рпс = 158 Н;

коэффициент смещения Х выбирать из условия обеспечения заданного межосевого расстояния.

Примечания:

1. Фазовые углы кулачкового механизма для нагнетающего клапана φу = 0,5 φрх, φд = 0,2 φрх, φв = 0,6 φхх.

2. Веса звеньев G3 = q∙ℓ3, G4 = q∙ℓ4, G5 = λ∙G4.

3. Моменты инерции вычисляются по формуле Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса где g – ускорение свободного падения.

4. Приведенный момент сил движущих – величина постоянная.


2. Исследование рычажных механизмов


2.1 Метрический синтез механизма


Задачей метрического синтеза является определение размеров механизма, удовлетворяющих некоторым заданным условиям. В нашем случае задан коэффициент изменения скорости хода К.


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,


где θ – острый угол между крайними положениями кривошипа.

Отсюда получаем


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса;


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.

Определяем недостающие длины звеньев. Решение задачи проводим аналитически. Рассмотрим два крайних положения механизма (рис. 2а), для которых Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.

Прямоугольные треугольники ∆О2А0О3 и ∆О2А'0О3 равны по двум катетам и гипотенузе (катеты О2А0 = О2А'0 = О2А, гипотенуза О2О3 – общая).


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса;

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса;

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Рис. 2


В нашем случае получаем


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Определяем длину кривошипа О2А


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Длины звеньев ВО3 и ВС определяем из геометрических соображений по схеме, изображенной на рис. 2б.


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

C0C'0 = H = 0,11 м.

Пусть ВС = х, С0О3 = у; тогда ВО3 = λ·х = 0,32х, С'0О3 = у + 0,11.

Используя теорему косинусов получаем систему уравнений


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Решая систему, получаем х = 0,367 м, у = 0,280 м.

Отсюда ВС = 0,367 м, ВО3 = 0,32·0,367 = 0,117 м.

Таким образом, определены длины всех звеньев механизма

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


2.2 Структурный анализ механизма


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Рис. 3


Количество подвижных звеньев механизма, изображенного на рис. 3а, равно n = 5. Звенья соединяются между собой при помощи пяти вращательных пар (0-1, 1-2, 0-3, 3-4, 4-5) и двух поступательных пар (2-3 и 5-0). Все пары являются парами V класса. Степень подвижности механизма вычисляем по формуле Чебышева


W = 3n – 2p5 – p4 = 3∙5 – 2∙7 = 1.


Ведущее звено – кривошип О2А (рис. 3б). Ведомая часть состоит из двух двухповодковых групп Ассура: звенья 2 и 3 образуют группу II класса, 2-го порядка, 3-го вида (рис. 3в), а звенья 4 и 5 группу II класса, 2-го порядка, 2-го вида (рис. 3г).

Формула построения механизма может быть записана в следующем виде:


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


2.3 Кинематическое исследование механизма


Выбираем масштаб μℓ = 0,00125 Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса и вычерчиваем кинематические схемы механизма в 12-ти положениях. Для всех положений механизма строим планы скоростей и ускорений. Масштаб планов скоростей выбираем μv = 0,01 Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса, планов ускорений – μа = 0,05 Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса. Рассмотрим построение плана скоростей на примере 1-го положения механизма (рис 4а).

Рассчитываем скорость точки А1 кривошипа О2А


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Рис. 4


Из произвольно выбранной точки Р (рис. 4б), принимаемой за полюс, откладываем отрезок Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса перпендикулярно О2А, изображающий скорость точки А1 кривошипа. Скорость точки А3 можно рассматривать как геометрическую сумму переносной вращательной скорости точки А1 кривошипа и относительной поступательной скорости точки вдоль кулисы:


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Из точки а1 плана скоростей проводим прямую параллельно О3А, а из полюса Р – прямую, перпендикулярную О3А, и в точке их пересечения ставим букву а3. Отрезок Ра3 изображает в масштабе μv скорость точки А3 кулисы, а отрезок а1а3 – относительную скорость точки А, вдоль кулисы


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Отрезок Pb на плане скоростей, соответствующий скорости точки В, находится из пропорции


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса или Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


и проводится так, что Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.

Скорость точки С определяется построением геометрического равенства


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Отрезок Рс изображает в масштабе μv скорость точки С поршня, а отрезок bc – относительную скорость точки С, вокруг точки В


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Построим для того же положения механизма план ускорений (рис. 4в).

Рассчитываем ускорение точки А1 кривошипа О2А (нормальное ускорение)


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Из произвольно выбранной точки π, принимаемой за полюс плана ускорений, откладываем отрезок Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса параллельно О2А, который будет изображать нормальное ускорение кривошипа. Так как точка А3 кулисы участвует в переносном движении вместе с кривошипом и относительном вдоль кулисы, то абсолютное ускорение тоски А3 будет состоять из переносного, относительного и кориолисова ускорений


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Истинное значение кориолисова ускорения равно


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,


а величина отрезка, изображающего его на плане ускорений Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Чтобы определить направление кориолисова ускорения, нужно вектор относительной скорости Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса повернуть на 90° в сторону вращения кулисы, в нашем случае – по часовой стрелке.

С другой стороны ускорение точки А3 можно определить из равенства


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Истинное значение Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса определяем по формуле


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


а величину отрезка, изображающего его на плане ускорений Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Таким образом, остаются неизвестными величины двух ускорений Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса и Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса, которые определяем из построения плана ускорений. Из точки k плана ускорений проводим прямую параллельно О3А, а из точки n – прямую, перпендикулярную О3А, и в точке их пересечения ставим букву а3. Отрезок πа3 изображает в масштабе μа ускорение точки А3 кулисы, отрезок nа3 – ускорение Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса, а отрезок kа3 – ускорение Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Отрезок πb на плане скоростей, соответствующий скорости точки В, находится из пропорции


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса или Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


и проводится так, что Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.

Величина ускорения точки С определяется графическим решением векторного уравнения

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Истинное значение ускорения Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса определяем по формуле


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


а величину отрезка, изображающего его на плане ускорений Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Тангенциальная составляющая Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса известна только по направлению (перпендикулярно ВС), а абсолютное ускорение точки С направлено по вертикали. Величины этих векторов определяются построением


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Аналогично строим планы скоростей и ускорений для остальных положений механизма. Результаты всех замеров и расчетов с планов скоростей занесены в таблицу 1, с планов ускорений – в таблицу 2.


Таблица 1.

Замер О3А,

мм

Замер ра3,

мм

Замер а1а3,

мм

Расч. pb,

мм

Замер bc,

мм

Замер pc,

мм

Расч. Vc,

м/с

0 97,0 0,0 47,2 0,00 0,0 0 0,000
1 125,2 21,1 42,2 15,78 11,7 10,51 0,105
2 148,2 35,7 30,9 22,54 11,4 16,51 0,165
3 162,9 44,3 16,2 25,46 9,1 21,22 0,212
4 168,0 47,2 0,0 26,30 4,8 24,39 0,244
5 162,9 44,3 16,2 25,46 0,1 25,44 0,254
6 148,2 35,7 30,9 22,54 3,8 23,44 0,234
7 125,2 21,1 42,2 15,78 4,7 16,57 0,166
8 97,0 0,0 47,2 0,00 0,0 0 0,000
9 69,4 27,9 38,1 37,60 10,3 43,11 0,431
10 56,0 47,2 0,0 78,89 14,4 73,16 0,732
11 69,4 27,9 38,1 37,60 21,7 25,5 0,255

Таблица 2

Расч. аk,

м/с2

Расч. a1k,

мм

Расч. Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

м/с2

Расч. πn,

мм

Замер πa3,

мм

Расч. πb,

мм

Расч aCB,

м/с2

Расч bn1,

мм

Замер πc,

мм

Расч. aC,

м/с2

0 0,000 0,00 0,000 0,00 63,6 61,38 0,000 0,00 37,1 1,854
1 1,139 22,78 0,285 5,69 34,6 25,85 0,038 0,76 19,1 0,956
2 1,191 23,81 0,687 13,75 22,5 14,22 0,036 0,72 13,9 0,697
3 0,706 14,12 0,965 19,29 20,8 11,94 0,023 0,45 10,3 0,514
4 0,000 0,00 1,061 21,22 21,2 11,82 0,006 0,13 5,8 0,288
5 0,706 14,12 0,965 19,29 20,8 11,94 0,000 0,00 0,7 0,035
6 1,191 23,81 0,687 13,75 22,5 14,22 0,004 0,08 10,3 0,516
7 1,139 22,78 0,285 5,69 34,6 25,85 0,006 0,12 26,8 1,340
8 0,000 0,00 0,000 0,00 63,6 61,38 0,000 0,00 64,3 3,214
9 2,448 48,97 0,896 17,92 101,9 137,41 0,029 0,58 140,6 7,030
10 0,000 0,00 3,183 63,65 63,7 106,39 0,057 1,15 51,9 2,596
11 2,448 48,97 0,896 17,92 101,9 137,41 0,129 2,59 108,0 5,401

Замеряем ход поршня во всех положениях механизма, результаты заносим в таблицу 3.


Табл. 3

0 1 2 3 4 5
С0Сi, мм 0,0 3,5 11,9 23,7 38,0 53,6
hc, м 0,000 0,004 0,015 0,030 0,047 0,067
6 7 8 9 10 11
С0Сi, мм 68,9 81,7 87,6 77,0 38,0 6,5
hc, м 0,086 0,102 0,109 0,096 0,047 0,008

Строим диаграмму изменения хода поршня С в масштабах Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса и Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса. Методом графического дифференцирования строим диаграммы скорости и ускорения поршня С. Для дифференцирования берем полюсные расстояния Н1 = 25 мм и Н2 = 16 мм. Рассчитываем масштабы диаграмм скорости и ускорения


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса


Замеряем значения скоростей и ускорений поршня С по диаграммам и производим сравнение с их величинами, измеренными по планам скоростей и ускорений. Результаты замеров и сравнения приведены в таблице 4.


Табл. 4

i-i'',

мм

VC (диаг.),

м/с

VC (план),

м/с

Разница VC,%

i-i''',

мм

aC (диаг.),

м/с2

aC (план),

м/с2

Разница aC ,%
0 0,00 0,000 0,000 0,0 19,29 1,799 1,854 3,0
1 13,28 0,103 0,105 2,3 11,12 1,037 0,956 8,5
2 21,88 0,169 0,165 2,4 6,85 0,639 0,697 8,3
3 27,84 0,215 0,212 1,4 6,01 0,560 0,514 9,0
4 31,93 0,247 0,244 1,1 2,90 0,270 0,288 6,1
5 33,27 0,257 0,254 1,2 0,00 0,000 0,000 0,0
6 31,13 0,240 0,234 2,8 5,21 0,486 0,516 5,9
7 22,37 0,173 0,166 4,1 15,63 1,457 1,340 8,8
8 0,00 0,000 0,000 0,0 34,82 3,247 3,214 1,0
9 59,56 0,460 0,431 6,8 76,20 7,105 7,030 1,1
10 100,62 0,777 0,732 6,2 25,89 2,414 2,596 7,0
11 33,17 0,256 0,255 0,5 57,98 5,406 5,401 0,1

Построение планов скоростей и ускорений и диаграмм характеристик движения рабочего органа машины построены с достаточной точностью, так как отклонения между значениями величин с планов и с диаграмм не превосходят 10%.

3. Проектирование кулачкового механизма


3.1 Построение диаграмм движения толкателя


Дано:

длина толкателя ℓED = 0,22 м;

полный угол размаха толкателя βmax = 19°;

минимальный угол передачи движения γmin = 45°;

вид диаграммы ускорения толкателя – см. рис. 1в.

Определяем фазовые углы кулачкового механизма по рекомендациям из технического задания, учитывая, что


φрх = 240° и φхх = 120°

φу = 0,5 φрх = 0,5∙240 = 120°,

φд = 0,2 φрх = 0,2∙240 =48°,

φв = 0,6 φхх = 0,6∙120 =72°.


Строим график углового ускорения ведомого звена кулачкового механизма (коромысла) в произвольном масштабе με и масштабе


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,


где φу – угол удаления, в °;

ℓ – отрезок оси абсцисс, изображающий угол φу, в мм.


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


Учитываем то, что отношение ординат, соответствующих максимальным значениям ускорений при удалении и возвращении, связано зависимостью


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


Методом графического интегрирования строим диаграммы угловой скорости и углового перемещения толкателя. Для интегрирования выбираем полюсные расстояния Н1 = 10 мм и Н2 = 20 мм. Получаем максимальное значение ординаты диаграммы перемещения толкателя равно Smax = 108,3 мм.

Определяем масштабы диаграмм, начиная с масштаба μs.


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса,

Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


Замеряем значения β и V с диаграмм, результаты заносим в таблицу 5.


Табл. 5

ℓβ, мм β, градус ℓv, мм V, м/с V/ω, м ℓV/ω, мм γ, градус
0 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 0,00 75,94
1 8,24 1,45 22,22 0,192 0,029 14,25 50,03
2 28,23 4,95 35,56 0,307 0,046 22,81 45,00
3 54,13 9,50 40,00 0,346 0,051 25,66 46,87
4 80,03 14,04 35,56 0,307 0,046 22,81 51,69
5 100,00 17,54 22,22 0,192 0,029 14,25 59,22
6 108,3 19,00 0,00 0,000 0,000 0,00 71,62
7 108,3 19,00 0,00 0,000 0,000 0,00 71,62
8 100,00 17,54 37,07 0,321 0,048 23,78 82,26
9 80,03 14,04 59,31 0,513 0,076 38,04 62,24
10 54,13 9,50 66,72 0,577 0,086 42,79 49,84
11 28,23 4,95 59,31 0,513 0,076 38,04 45,00
12 8,24 1,45 37,07 0,321 0,048 23,78 53,53
13 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 0,00 75,94

3.2 Определение минимального радиуса кулачка


Для проектирования кулачкового механизма очень важно правильно выбрать минимальный радиус кулачка Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса. Определение Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса является одной из задач динамического синтеза кулачковых механизмов. Проще всего эта задача решается графическим способом. Изображаем коромысло ED в двух крайних положениях в масштабе Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса. Траекторию движения точки D коромысла делим в соответствии с диаграммой углового перемещения, получаем точки D0 – D13, соединив которые с точкой Е, получаем мгновенные положения толкателя. В каждом положении коромысла откладываем отрезок ℓV/ω (табл. 5) – получаем точки 1 – 13. Из получившихся точек под углом γmin = 45° к данному положению коромысла проводим прямые – получаем точку центра вращения кулачка. Расстояние ОD0 будет равно Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


Точку центра кулачка соединяем отрезком с каждой из точек 1 – 13 и измеряем углы, образуемые этими отрезками и соответствующими положениями коромысла – получаем значения угла передачи движения в определенных положениях кулачкового механизма (табл. 5). Строим график изменения угла передачи движения в масштабах μγ = 1°/мм и Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса.


3.3 Профилирование кулачка


Из центра О проводим окружность радиусом Проектирование и исследование механизмов поршневого насоса. На дуге, описанной из центра Е радиусом ℓED, проводим разметку пути точки D согласно графику


β = β(t).


Обращаем движение. Из центра О радиусом ОЕ описываем дугу и в направлении обратном вращению кулачка откладываем от радиуса ОЕ углы φу, φд, φв, которые делим затем