Водяной насос

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА


Тема:


"Водяной насос"


Минск 2007

Введение


Создание современной машины требует от конструктора всестороннего анализа проекта. Расходы на изготовление и эксплуатацию должны быть минимальными, но обеспечивающими достижение заданных параметров. Из допустимого множества решений конструктор выбирает компромиссное решение с определенным набором параметров и проводит сравнительную оценку различных вариантов. Выделяют главные критерии, а вспомогательные показатели используют как ограничения, накладываемые на элементы решения. Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) установлено 5 стадий разработки документации на изделия всех отраслей промышленности: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработка рабочей документации.

Основная цель курсового проектирования – привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения. Курсовое проектирование ставит задачи усвоения студентами определенных методик и навыков работы по направлениям:

– оценка соответствия структурной схемы механизма основным условиям работы механизма или прибора

– проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по заданным основным и дополнительным условиям

– анализу режима движения механизма при действии заданных сил

– учет сил трения в кинематических парах и определение коэффициента полезного действия

– проектирование зубчатых рядовых и планетарных механизмов

– расчет оптимальной геометрии зубчатых зацеплений выходного звена

– разработка циклограмм и тактограмм для систем управления механизмами

– определение мощности и выбор типа движения.

Задание на курсовое проектирование содержит название темы проекта, краткое описание назначения машины или прибора и функции их исполнительных органов и элементов, схемы согласованности перемещений исполнительных органов, исходные данные.


1. Динамический синтез рычажного механизма


1.1 Задачи и методы динамического синтеза и анализа машинного агрегата


Насос: Процессы в водяных насосах осуществляются за период одного оборота кривошипа.

Принципы работы водяного насоса.

Одноцилиндровый поршневой насос предназначен для перекачивания жидкости. Движение от электродвигателя передается кривошипу через планетарный редуктор и зубчатую передачу. Преобразование вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется трехзвенным рычажным кулисным механизмом, состоящим из кривошипа, шатуна и ползуна (поршня). Всасывание жидкости в цилиндр происходит через впускной клапан во время хода поршня вверх при давлении ниже атмосферного. Нагнетание жидкости происходит через выпускной клапан при ходе поршня вниз. Смазывание механизмов насоса осуществляется плунжерным масляным насосом кулачкового типа. Кулачек закрепленный на одном валу с зубчатым колесом приводит в движение толкатель. Равномерное движение обеспечивает маховик.


Таблица 1.1 – исходные данные

параметр значение единица измерения
nk 300 об/мин
H 115 мм
l 0.22 -
Pmax 0.8 MПa
d 0.09 -
q 30 кг/м
d 230 мм
ε 0.2 -

Массы звеньев: Водяной насос; Водяной насос; Водяной насос

Моменты инерции: Водяной насос; Водяной насос


1.2 Структурный анализ механизма


1.2.1 Перечень звеньев механизма

1. – кривошип; 2. – шатун; 3 – ползун.


1.2.2 Перечень кинематических пар

0–1 – кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

1–2 – кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

2–3 – кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

3–0 – кинематическая пара 5-го класса, поступательная;


1.3 Определение степени подвижности механизма


Степень подвижности механизма определим по уравнению Чебышева


W= Водяной насос- Водяной насос- Водяной насос


где Водяной насос– количество движущихся звеньев механизма;

Для механизма, что исследуется, Водяной насос=3, кинематических пар 5-го класса Водяной насос=4, кинематические пары 4-го класса отсутствуют.

Имеем: W=3Ч3–2Ч4=1.

Для работы механизму необходима только одно ведущее звено, так как степень подвижности равна единице.


1.4 Определение недостающих размеров


1.4.1 Определение длины

Определим длину l1 и l2, которые находятся из следующего неравенства:


Водяной насос(1) Водяной насос; Водяной насос


Водяной насос; Водяной насос; Водяной насос; Водяной насос;

из формулы (1) Водяной насос Водяной насос


Водяной насос


Водяной насос; Водяной насос


Водяной насос

Водяной насос


1.4.2 Определяем угловую скорость

Водяной насос


1.4.3 Определим массы звеньев

Водяной насос

Водяной насос

1.5 Описание определения кинематических характеристик рычажного механизма


В левой части чертежа строим планы положений механизма. За начальное положение механизма принимаем положение, когда кривошип и шатун находятся в мертвом положении (вытянуты в одну линию). Затем строим 12 равноотстоящих положений входного звена (кривошипа АВ). Для выполнения построений планов положений механизма предварительно определяем масштабный коэффициент длины.


Водяной насос


Водяной насос-действительная длина звена АВ, м

АВ – отображающий ее отрезок на чертеже, мм

Принимаем АВ=60 мм.


Водяной насос; Водяной насос


Водяной насос; Водяной насос

Водяной насос

Планы скоростей

Для построения планов скоростей воспользуемся векторными уравнениями для построения планов скоростей.

Водяной насос (м/с)

Введем масштабный коэффициент скорости Водяной насос(м/мм*с)

pb = vb / μv = Водяной насос = 71,6 мм

Водяной насос


Вектор скорости точки В перпендикулярен звену АВ, вектор скорости точки С направлен по направлению движения поршня 3, вектор скорости точки С относительно точки В перпендикулярен звену ВС.

Для построения отрезка ps2, изображающего вектор скорости центра масс S2, воспользуемся теоремой подобия:


Водяной насос; Водяной насос


Измеряем на планах скоростей длины соответствующих векторов и полученные значения записываем в таблицу 1.2.


Таблица 1.2


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pc, мм 0 42,9 69,6 72,2 55 28,1 1,1 29,8 55,2 71 68,3 42,4
bc, мм 71,6 63,9 39 2,6 34,5 61,4 71,6 63,3 38,4 2,6 33,9 60,8
ps2, мм 46,5 55,1 68,4 71,8 64,2 52,4 46,6 52,3 63,7 71,4 68,5 55,9

1.6 Построение диаграмм


Вычерчиваем заданную индикаторную диаграмму, под линией движения ползуна. Масштабный коэффициент длин принимаем таким же как и для планов перемещений Водяной насос.

Максимальную ординату на графике давления принимаем равной 50 мм, тогда Водяной насос.

Полный цикл водяного насоса совершается за 1 оборот кривошипа.

Значение силы полезного сопротивления FC определяем по формуле: Водяной насос.

Знак «+» берется в том случае, когда сила FC направлена противоположно движению ползуна.

Определяем значения давлений и сил сопротивления для всех положений кривошипа. Результат заносим в таблицу 1.3.


Таблица 1.3


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pi, МПа 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
FCi, H 830 830 830 830 830 830 33221 33221 33221 33221 33221 33221

Строим диаграмму аналогов скоростей рабочего звена, принимая максимальную ординату 150 мм.


Водяной насос


Результаты заносим в таблицу 1.4.


Таблица 1.4


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
vqc, мм 0 0,049 0,069 0,071 0,054 0,027 0,001 0,029 0,054 0,070 0,068 0,042

Принимаем масштабный коэффициент: Водяной насос

Строим диаграмму аналогов скоростей выходного звена в зависимости от угла поворота кривошипа.

1.7 Динамическая модель машинного агрегата


В связи с необходимостью в данном проекте выполнения динамического анализа кривошипно-ползунного механизма целесообразно динамическую модель машинного агрегата представить в виде вращающегося звена (звена приведения), закон движения которого был бы таким же, как и у кривошипа 1 механизма, т.е. Водяной насос, Водяной насос, Водяной насос.


Приведенный момент сил Mn представим в виде:


Водяной насос


Водяной насос-приведенный момент сил сопротивления.

Водяной насос-приведенный момент движущих сил, принимается в проекте постоянный.

Приведенный момент инерции агрегата Водяной насосопределяется из условия равенства кинематической энергии звена приведения и кинетической энергии звеньев машинного агрегата, характеризуемых переменными по величине аналогами скоростей, а приведенный момент Мn находится из условия равенства элементарных работ этого момента и тех действующих сил, которые приводятся к звену приведения.


1.8 Расчет приведенных моментов инерции


За звено приведения примем кривошип АВ.

Общая формула для определения приведенного момента инерции звеньев имеет вид:

Водяной насос


В моем курсовом проекте эта формула будет следующей:


Водяной насос


Отношение скоростей есть передаточные функции, которые определяются из планов скоростей.

Введем обозначения:


Водяной насос; Водяной насос; Водяной насос


Водяной насос

Водяной насос

Водяной насос

Водяной насоскг

Водяной насоскг

Водяной насоскг

Водяной насос

Водяной насос

Водяной насоскгВодяной насос

Водяной насоскгВодяной насос

Водяной насос

Водяной насос кг*м2/мм

Результаты вычислений приведены в таблице 1.5. По этим же данным строим диаграмму приведенного момента инерции механизма.


Таблица 1.5


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Jп, кг*м2 0,058 0,071 0,092 0,096 0,080 0,064 0,058 0,065 0,080 0,094 0,091 0,071

По оси абсцисс принимаем масштабный коэффициент:


Водяной насос


где L – длина отрезка оси абсцисс, соответствующая углу 2π рад.


1.9 Расчёт приведенных моментов сил сопротивления


Определяем приведенный к валу кривошипа момент Водяной насосот сил сопротивления, при этом учитываем действие сил Водяной насос, Водяной насос, Водяной насос. Силу веса кривошипа Водяной насосучитывать не следует, так как ее работа равна нулю (центр тяжести кривошипа совпадает с осью вращения – его скорость равна нулю) и приведенный момент от нее равен нулю.

Приведенный момент найдем из условия и равенства мощностей приведенного момента и приводимых сил:

Водяной насос


α-угол между направлением силы Водяной насос и направлением скорости Водяной насосцентра тяжести Водяной насос.

Знак «+» перед мощностями сил веса и сил сопротивлений будем ставить тогда, когда эта сила является силой сопротивления; знак «–» перед движущими силами.

Окончательно получим:


Водяной насос


Fc [1–6] = 830 H

Fc [7–12] = 33221 H

G2 = m2*g = 7.8*9.81 = 76,518 H

G3 = m3*g = 7.8*9.81 = 76,518 H



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
cos α 0.034 -0.669 -0.933 -0.999 -0.939 -0.656 -0.034 0.615 0.920 0.999 0.951 0.707

Результаты заносим в таблицу 1.6.


Таблица 1.6


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mпр,

-0,0955 -23,308 -37,5718 -36,641 -29,09 -14,64 -28,89 -778,34 -1441,8 -1854,7 -1784,4 -1107,8

Водяной насос

1.10 Определение работы сил сопротивления А и движущих сил Аg


Так как работы сил сопротивления равны Водяной насос, то график Водяной насос строим методом численного интегрирования графика Водяной насос по формуле трапеции:


Водяной насос


Водяной насос- шаг интегрирования

Результаты заносим в таблицу 1.7


Таблица 1.7


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
А, Дж 0 -6,12 -22 -41,4 -58,6 -70 -81,38 -292,6 -873,4 -1735,9 -2688 -3444,7 -3734,5

Водяной насосДж/мм


1.11 Построение графика изменения кинетической энергии и диаграммы «энергия-масса»


Для построения графика изменения кинетической энергии поступаем следующим образом: вычитаем ординаты графика Водяной насос из соответствующих ординат графика Водяной насос и строим график суммарной (избыточной) работы Водяной насос, который одновременно является графиком изменения кинетической энергии механизма и приведенного момента инерции.


Водяной насосДж/мм


1.12 Определение параметров маховика


Для определения момента инерции маховика по закону коэффициента неравномерности движения δ следует провести касательные к графику «энергия-масса» под углами ψmax и ψmin к оси абсцисс (оси приведенного момента инерции) тангенсы которых определяются по формуле:


Водяной насос


Водяной насос


Водяной насос; Водяной насос


Водяной насос кг*м2


Т.к. маховик выполнен в форме стального диска, момент инерции маховика будет равен:


Водяной насос,


где m – масса маховика, r – плотность (для стали r=7800 кг/м3), yb = b/D – относительная ширина маховика.

Подставив значения получим:

Водяной насос

Водяной насос

Масса маховика


Водяной насос(кг)


1.13 Определение истинной угловой скорости звена приведения


Истинная угловая скорость звена приведения находится следующим образом:


Водяной насос;


где Водяной насос

Водяной насосДж


Водяной насосс-1

Результаты вычислений приведены в таблице 1.8

Таблица 1.8


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Водяной насос, с-1

29,88 29,89 29,89 29,91 29,94 29,97 29,99 29,99 29,96 29,92 29,88 29,87

Водяной насос


Проверка: Водяной насос%


2. Динамический анализ рычажного механизма


Силовой расчет механизма

Задачей силового анализа является определение при заданном законе движения неизвестной внутренней силы, то есть усилия (реакции) в кинематических парах. Эта задача решается с применением принципа Даламбера. Силовой расчет плоских рычажных механизмов выполняется по группам Асура в порядке обратном их присоединения к входному звену.


2.1 Определение углового ускорения звена приведения


Угловое ускорение определяем из дифференциального уравнения машинного агрегата:


Водяной насос;


где Водяной насос

Расчет производим для 10-го положения механизма (Мпр10 - максимальный).


Водяной насос


Водяной насос-угол наклона касательной к кривой графика Водяной насоск оси абсцисс в исследуемой точке.

Подставляем ранее определенные значения и получим:

Водяной насос

Ведущее звено движется замедленно.


2.2 Определение линейных и угловых скоростей, ускорений точек и звеньев механизма


Для построения плана механизма в 10-ом положении примем масштабный коэффициент Водяной насосм/мм

Для построения плана скоростей определим скорость точки В.


Водяной насосм/с


Приняв отрезок pb=340 мм, определим масштабный коэффициент.

Водяной насосм/(с·мм)

Построение плана ведется в соответствии с векторными уравнениями рассмотренными в положении №10. Тогда действительные скорости:

Водяной насосм/c

Водяной насосм/c

Водяной насос с-1

Водяной насосм/c

Направление Водяной насос получим, поместив вектор Водяной насос в точку С звена 2 и рассмотрев поворот звена под его действием относительно точки В.

Так как кривошип вращается неравномерно, ускорение точки В кривошипа равно:

Водяной насос


Водяной насос


Водяной насос


Выбираем масштабный коэффициент для ускорения Водяной насос.

Вычисляем отрезки изображающие Водяной насос и Водяной насос


Водяной насос мм,


Водяной насосмм


Из полюса Водяной насос откладываем Водяной насос║ АВ направленный к центру вращения, отрезок Водяной насос┴ АВ в направлении Водяной насос.

Ускорение точки С найдем, решив графически систему векторных уравнений.


Водяной насос


где нормальная составляющая Водяной насос║ СВ и равна:

Водяной насос


Водяной насосмм


тангенциальная составляющая Водяной насос ┴ СВ.

Точка Водяной насос принадлежит стойке, поэтому Водяной насос║.

Положение точки Водяной насос найдем по теореме подобия:

Водяной насосмм

Тогда действительные ускорения точек и звеньев равны:


Водяной насосм/с2


Водяной насос м/с2


Водяной насос м/с2


Водяной насос


Направление Водяной насос получим,

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: