Структурный, кинематический и силовой анализы механизма двухпоршневого компрессора

 

Контрольная работа

Структурный, кинематический и силовой анализы механизма двухпоршневого компрессора

Исходный материал

Введение

Компрессоры - это устройства для создания направленного тока газа под давлением. Компрессорные установки довольно сильно распространены, они широко используются в холодильных установках, в пневматических устройствах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре.

Компрессоры, упрощенно, состоят из:

1. Электродвигателя или привода;
2. Нагнетающей установки;
3. Емкостей для сжатого газа;
4. Соединительных шлангов и труб.

Электродвигатели, применяемые в компрессорных установках, могут быть постоянного и переменного тока. Двигатели переменного тока делятся на синхронные и на асинхронные. Асинхронные двигатели в свою очередь на АД с короткозамкнутым ротором и АД с фазным ротором.

Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором преимуществами для их установки в компрессоре является их экономичность, простота, удобство конструкции и большая надежности работы. Их недостатки это пусковой ток, который в 5 - 7 раз превышает номинальный ток двигателя и малый пусковой момент.

Асинхронные двигатели используют гораздо реже (в основном в центробежных насосах). Они используются в маломощных сетях или если требуется значительный пусковой момент (при относительно небольшом пусковом токе). Но у них сложная пускорегулирующая аппаратура и требуется уход за щетками и кольцами.

Нагнетающие устройства это устройства которые под действием силы приложенной от привода нагнетает газ в специальные емкости, которые способны выдержать то давление которое может создать компрессор.

Компрессор очень важная установка. Он применяется от малых (охлаждение бытового холодильника) до космических (охлаждение жидкостных ускорителей ракетоносителя) масштабов.

1. Кинематический анализ

1.1 Структурный анализ механизма

Число степеней свободы механизма определим по формуле Чебышева:

компрессор кинематический звено

где n - число подвижных звеньев, p5 - число кинематических пар пятого класса,

р4 - число кинематических пар четвертого класса.

О, А, В, С - вращательные кинематические пары;

В*, С* - поступательные кинематические пары.

Следовательно, наш механизм имеет: n=5, р5=7, р4=0, то

Так как W=1, то механизм имеет одно ведущее звено. Ведущим звеном является кривошип (звено 1). Диады (звенья 2, 3 и 4, 5) с W=0.

1.2 Планы положений механизма

Берем точку О, чертим окружность с центром в точке О. Радиус окружности равен OA в масштабе,

,

где LOA = 0,07 м - длина кривошипа, - длина LOA на чертеже.

Делим окружность на 6 равных частей. Для каждого положения засекаем на направляющей движения поршня положения звеньев 2 и 3 в масштабе

. , где LAB длина звена 2 и 4.

1.3 Планы скоростей механизма

Скорость движения точки А.

,

где - угловая скорость кривошипа.

Масштаб планов скоростей механизма.

, где - длина вектора VA на чертеже.

Скорости VB и VC определяем из следующих векторных уравнений:

где VB и VC - скорости движения поршней 3 и 5 соответственно, VBA и VCA - скорости вращения точек В и С вокруг полюса А соответственно.

Анализируем векторные равенства:

,

где - направляющие движения поршней 3, 5 соответственно.

Решаем векторные равенства графически - строим планы скоростей механизма для положений 1-6.

Последовательность: отмечаем точку PV - полюс скоростей, из неё откладываем вектор PVa. Путем параллельного переноса сносим , зная их на - правления. При их соответственном пересечении получаем искомые скорости.

Натуральные величины находим из выражения:

,

где - скорости центров масс шатунов 2 и 4 соответственно.

Значения скоростей остальных положений механизма приведены в таблице.

№ положенияPVa ммVa мс-1PVb ммVB мс-1PVc ммVC мс-1PVS4 ммVS4 мс-1PVS2 ммVS2 мс-10 (6)845,3500845,35845,35422,651845,35644,03332,08523,28714,472845,35835,23332,08523,28815,13845,3500845,35845,35422,654845,35835,23513,21593,72815,15845,35835,23513,21593,72815,1845,35845,3500422,65845,35845,35845,3500422,65845,35

1.4 Планы ускорений механизма

Ускорение точки А.

Масштаб плана ускорений механизма.

, где - длина вектора aA на чертеже.

Ускорение поршней 3 и 5 определим из следующих векторных уравнений:

где aB и aC - ускорения поршней 3 и 5 соответственно, - нормальные и тангенциальные составляющие ускорений вращения точек В и С вокруг полюса А соответственно.

Нормальные составляющие определяем следующим образом (для 1-го положения):

Анализируем векторные равенства:

Решаем векторные равенства графически - строим план ускорений механизма для положения 1.

Последовательность: отмечаем точку aV - полюс ускорений, из неё откладываем вектор Paa. Путем параллельного переноса сносим одно за другим. При их соответственном пересечении получаем искомые ускорения.

Натуральные величины находим из выражения:

,

где - ускорения центров масс шатунов 2 и 4 соответственно.

Результаты расчета ускорений точек и их составляющих в положении 1

м/с2

м/с2

м/с2

м/с2

м/с2

м/с2

м/с2

м/с2355,3199,4295,5341,1215,4356,9267,24297,1

Угловые ускорения звеньев 2 и 4

1.5 Построение кинематических диаграмм

Строим диаграмму перемещений SB=SB(t).

Строим взаимно-перпендикулярные оси и . Принимаем масштаб перемещений равным . По оси откладываем отрезок равный 180 мм, делим его на 6 частей. Из планов положений замеряем расстояние хода от нулевого положения до первого и откладываем его напротив цифры 1 на высоту равную измеренной величине. Все остальные этапы повторяем.

Строим диаграмму скорости точки В

Диаграмму скорости строим с помощью переноса из плана скоростей величины соответствующей в соответствующее положение. При этом мы изменяем масштаб: . Проделываем это для каждого положения.

Строим диаграмму ускорений

Диаграмму ускорений строим методом графического дифференцирования диаграммы : в основных точках диаграммы проводим
касательные. Затем сносим их параллельным переносом в точку Р. Эти прямые пересекают ось сносим и. В точках пересечения проводим прямые до пересечения с ординатами соответствующих скоростей. Точки пересечения соединяем кривой линией. Найдем масштаб:

.

2. Силовой анализ механизма

2.1 Силовой анализ группы Ассура (звенья 2, 3)

Силовое исследование диады проведем с помощью метода кинетостатики. Для этого определим инерционные нагрузки:

где - масса шатуна 2.

- масса шатуна 3.

- приведенный к центру масс S2 момент инерции шатуна 2 (по заданию на курсовую работу).

Ми2 - пара сил инерции шатуна 2.

Определяем давление газа в поршне при данном положении по индикаторной диаграмме. Далее определяем силу полезного сопротивления газов в поршне:

Действие отброшенных звеньев заменяем реакциями связей:

Реакцию определим из уравнения моментов сил вокруг точки В:

Для определения реакций и строим план сил диады:

План векторов сил строится путем последовательного складывания графически векторов сил с учетом знания их направлений и натуральных величин с учетом масштаба. Неизвестные величины векторов и находятся из построения.

Масштаб плана сил равен: .

Следовательно,

2.2 Силовой анализ группы Ассура (звенья 4, 5)

Силовое исследование диады проведем с помощью метода кинетостатики. Для этого определим инерционные нагрузки:

где - масса шатуна 4.

- масса поршня 5.

- приведенный к центру масс S4 момент инерции шатуна 4 (по заданию на курсовую работу).

Ми4 - пара сил инерции шатуна 4.

В данном положении сила полезного сопротивления газов в поршне отсутствует, т.к. поршень не сжимает газ.

Действие отброшенных звеньев заменяем реакциями связей:

Реакцию определим из уравнения моментов сил вокруг точки С:

Для определения реакций и строим план сил диады:

План векторов сил строится путем последовательного складывания графически векторов сил с учетом знания их направлений, натуральных величин, с учетом масштаба. Неизвестные величины векторов и находятся из построения.

Масштаб плана сил равен:

Следовательно,

2.3 Силовой анализ группы начальных звеньев

Силовое исследование группы начальных звеньев проведем с помощью метода кинетостатики. Отброшенные звенья заменим реакциями связей. Считая вращение кривошипа 1 равномерным, пренебрегаем силой тяжести G1 поэтому сила инерции звена 1 и Fи1 = 0.

Составляем уравнение равновесия всех сил действующих на звено:

Задаем масштаб

Чертим план сил аналогично п. 2.1 и 2.2.

Определим уравновешивающий момент Мур из уравнения:

Рассчитываем мгновенную мощность, развиваемую двигателем:

Заключение

В данной работе были рассмотрены структурный, кинематический и силовой анализы механизма двухпоршневого компрессора. С помощью проведенного структурного анализа было доказано, что рассматриваемый нами компрессор является механизмом. Кинематический анализ показал нам картину распределения скоростей и ускорений поршней и звеньев в разных положениях. Силовой анализ выявил нагрузки которым подвергаются составляющие компрессор: звенья и поршни. Были показаны планы скоростей, ускорений и сил в векторной форме. На основе полученных результатов мы можем с уверенностью сказать, что происходит в механизме в определенный момент времени.

Список литературы

компрессор кинематический звено

1. Левитский Н.И. - М.: Наука, 2008.

. Яблонский А.А. Никифорова В.М. Курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 2007.

. Кореняко А.С. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 1990.

Контрольная работа Структурный, кинематический и силовой анализы механизма двухпоршневого компрессора

Больше работ по теме: