Московскийгосударственный университет им.Н.Э.Баумана
Калужский филиал
ФНК
Факультет
Кафедра ФН-5
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту на тему:
Проектирование и исследованиемеханизмов плунжерного насоса простого действия
Калуга
ВВЕДЕНИЕ
Насоспростого действия (рис. 37-1а) состоит из кривошипно-ползунного механизма1,2,3, ползун 3 которого является плунжером насоса, совершающим возвратнопоступательное движение в горизонтальном цилиндре 4 с автоматическидействующими клапанами 5,6. Рабочий цикл такой установки совершается за одиноборот кривошипа 1. При движении плунжера 3 вправо происходит всасываниежидкости в цилиндр при давлении, ниже атмосферного pmin, и при движении поршня влево –нагнетание жидкости в трубопровод при давлении pmax(см. индикаторную диаграмму рис.37-1б). Коленчатый вал 1 кривошипно-ползунного механизма приводится вовращательное движение от электродвигателя 7 через планетарный редуктор сколёсами 8,9,10,11, водило 12 и муфту 13. Для обеспечения требуемойнеравномерности движения коленчатого вала имеется маховик 14.
Смазкаподвижных соединений механизма установки осуществляется под давлением отмасляного насоса 17 кулачкового типа (рис. 37-1в). Закон движения толкателя впределах рабочего угла поворота кулачка /> представленна рис.42. Вращение кулачка 17 осуществляется от кривошипа 1 черезкорригированные зубчатые колёса 15 и 16 с неподвижными осями вращения.
Исходныеданные№ п/п
Наименование параметра
Обозначение
Размерность
Вариант Г 1 Средняя скорость поршня 3 насоса
/> м/с 0,693 2 Число оборотов коленчатого вала
/> об/мин 130 3 Отношение длины шатуна к длине кривошипа 1
/> - 4,86 4 Положение центра тяжести шатуна 2
/> - 0,24 5 Диаметр цилиндра 4
/> м 0,10 6 Давление плунжера 3
/>
кГ/см2 22,0
/>
кГ/см2 0,5 7 Вес шатуна 2
/> кГ 8,0 8 Вес поршня(плунжера 3)
/> кГ 20,0 9 Момент инерции шатуна
/>
кГмсек2 0,016 10 Коэффициент неравномерности вращения вала 1
/> - 1/25 11 Угловая координата кривошипа для силового расчёта
/> град 300 12 Число зубьев колёс
/> - 14
/> - 27 13 Модуль зубчатых колёс 15-16
/> Мм 4 14 Угол наклона зуба для колёс 15-16
/> град 15 Число сателлитов в планетарном редукторе
/> - 3 16 Передаточное отношение планетарного редуктора
/> - 11,3
ЛИСТ1.
I. Проектированиеэвольвентной зубчатой передачи
1. Цель: Выполнить геометрический расчет эвольвентнойзубчатой передачи и изобразить картину зацепления колес.
2. Исходные данные: />=14, />= 27, /> = 4мм, а = 20°,/> = 1, /> = 0,25 .
3. Формулы для геометрического расчета:
1)Минимальное число зубьев: /> =/>=/>;
2)Инволюта угла зацепления: />/>w = inv/> +/>;
3) Коэффициентвоспринимаемого смещения: /> = />;
4) Радиусыделительных окружностей: />=/>;/>
5) Радиусыосновных окружностей:/> =/>/>;/>
6) Радиусыначальных окружностей: />= />;
7) Радиусыокружностей вершин: />= />;
8) Коэффициентуравнительного смещения:/>;
9) Радиусыокружностей впадин: />/>;
10) Высотазуба: /> /> />;
11) Межосевоерасстояние: aw= />;
/> />;
12) Толщинызубьев по делительным окружностям:
/>/>;
13) Толщинызубьев по окружностям вершин:
/>
/> />
14)Коэффициент перекрытия:
/>/> />
4.Расчет — выполнен по программе, распечатка результатов прилагается.
5. Выборкоэффициента смещения х1: Коэффициент смещения первого колесавыбирается, исходя из трех условий:
1) Отсутствие подреза:/>;
2) Отсутствие заострения:/>/>;
3) Обеспечение плавности:/>.
Былипостроены графики зависимостей /> и поним выбран коэффициент смещения/>.Графики зависимостей прилагаются.
6. Выбормасштаба: Высота зуба на чертеже />
/>
7.Построение картины зацепления:
1) Линия центров />(межосевое расстояние).
2) Начальные окружности />касаются в точке Р (полюс).
3) Основныеокружности />, линия зацепления, касательнаяк />и/>, проходит черезточку Р.
4) Делительные окружности />, расстояние между которымиравно />(воспринимаемое смещение).
5) Окружности вершин />и окружности впадин />, расстояние между /> и />/> равно /> (стандартныйрадиальный зазор).
6) Построениеэвольвенты: Эвольвента боковой поверхности зуба строится методом обкатыванияпрямой по основной окружности />:
а) Растворомизмерителя /> на основной окружности /> сделать /> последовательных отметок и
провестичерез отмеченные точки радиусы;
б) Черезточки/>провести касательные косновной окружности />, определяющие промежуточные
положенияпроизводящей прямой;
в) Темже раствором измерителя на этих касательных отложить столько отрезков, каковномер касательной;
г) Соединитьплавной кривой полученные точки.
7) Построитьось зуба, для этого: по окружностям делительной />/>и вершин raотложить соответствующие толщины зубаи через их середины провести ось зуба. Проверка: ось должна пройти через центрколеса.
8) Если(rb-rf)>0,4m, то из основания эвольвенты на основной
окружности/> провести прямую, параллельнуюоси зуба, радиусом />, сделать сопряжениеэтой прямой с oкружностью впадин rf. Если/>,то радиусом />сделать сопряжениеэвольвенты с окружностью впадин rf. При этом часть эвольвенты внизу потеряется.
В данномрасчете:
/>,
/>
9) Попостроенным половинам зубьев сделать лекала. Первый зуб второго колесапостроить, совместив соответствующее лекало с линией центров. Второй и третийзуб построить, определив шаг
поформуле: />, где />. Для построения двух зубьевпервого колеса, их необходимо вписать в зацепление с зубьями второго колеса,после чего произвести проверку, измерив шаг.
В данномрасчете: />,
/>/>
/>/>/>
/>
8.Выполняется проверка, вписывается ли зуб, построенный методом обкатывания колесапо основной окружности /> в реечный
инструмент.
9. Выполняетсяграфическая проверка коэффициента перекрытия и
Определяетсяпогрешность по формулам:
/>
/>
где /> - угловой шаг, /> - хорда, соответствующаяугловому шагу (измеряется на чертеже). В данном расчете:
/>
/>
10. Выводы:Выполнен геометрический расчет эвольвентной зубчатой передачи, назначеныкоэффициенты смещения />и/>, которые удовлетворяютусловиям отсутствия заострения, отсутствия подреза и обеспечения плавности.Выполнена графическая проверка коэффициента перекрытия (погрешность />)/>/>/>
П.Проектирование планетарного редуктора
1. Цель: Рассчитать числа зубьев колес планетарногоредуктора по заданному передаточному отношению.
2. Исходные данные: Двухрядный планетарныйредуктор с двумя внутренними зацеплениями, передаточное отношение />, число сателлитов />
3. Подбор чисел зубьев колес методомсомножителей:
1) Передаточноеотношение планетарного механизма: />;
2) Выражениедроби />и представление ее ввиде отношения произведения сомножителей:
/>
Необходимовыбрать один из возможных вариантов, удовлетворяющий всем условиямпроектирования планетарных редукторов, а также наиболее подходящий по соображениямгабаритности.
3) Проверкавыполнения условия соосности:
Для данногомеханизма/>. Запись условия соосности черезмножители:
/>/>
Дляданного расчета:
1 вар.: />;
2 вар.: />;
3 вар.: />.
Получим:/>1 вар.: 3+12=25-10/>15=15- условие выполняется;
2 вар.:4+8=15-3/>12=12- условие выполняется;
3 вар.:8+16=30-6 /> 24=24- условиевыполняется.
4)Выполнение условия правильного зацепления:
Для данногомеханизма внутренний зуб: />. Еслиэти условия не выполняются, то полученные числа зубьев надо умножить намножитель />.
1 вар.: /> />
2 вар.: />
3 вар.: />
Тогдаполучим: 1 вар.: />-условиевыполняется;
2 вар.: /> — условие не выполняется;
3 вар.: /> — условие не выполняется.
5)Выполнение условия соседства:
Дляданного механизма должно выполняться неравенство:/>, где /> — число зубьев большегосателлита. Для данного расчёта:
/> - условие выполняется.
6)Выполнение условия сборки:
/>, где /> — целыечисла.
Дляданного расчёта:
/> — целое условие выполняется при всех />
Все проверкивыполняются. Принимаем:
/>
Изображениесхемы планетарного редуктора: Полагая, что модуль колес />:
/>
Масштаб:/>
5.Выполнение графического исследования — проверка передаточного отношения:
1) Обозначить характерные точки — осиколес и полюсы зацепления (А — ось первого колеса, В — полюсзацепления первого и второго колес, С — ось второго и третьего колес, D— полюс зацепления третьего и четвертого колес).
2) Характерные точки перенести навертикальную ось радиусов и построить картину распределения линейных скоростей.Для этого провести отрезок ВВ' произвольной длины, изображающий в масштабескорость точки В; АВ' — линия распределения скоростей первого колеса; точкаD— мгновенный центр скоростей третьего колеса; B'D— линия распределения скоростей второго и третьего колес(блока сателлитов); СС — изображает в масштабе скорость точки С; АС — линия распределения скоростей водила Н.
/>
3)Построить план угловых скоростей. Для этого провести горизонтальную линиюугловых скоростей. Из полюса Р, взятого на произвольном расстоянии КРот линии угловых скоростей, провести лучи параллельные линиям распределенияскоростей звеньев.
/>,
отрезки /> и /> измеряются на чертеже вмиллиметрах.
Дляданного расчета: />
4. Выводы: Рассчитаны числа зубьев колес/>, которые удовлетворяютусловиям: сборки, соосности, соседства, правильного зацепления. И выполненаграфическая проверка передаточного отношения/>.
ЛИСТ 2.
Динамическое исследованиеосновного механизма
1. Цель: Рассчитать маховик, которыйобеспечит заданную неравномерность вращения механизма />/>, и определить закондвижения начального звена.
2. Исходные данные:
1) Отношение длинышатуна к длине кривошипа: />;
2) Отношениерасстояния от точки /> до центратяжести шатуна />к длине шатуна: />;
3) Средняя скоростьпоршня: />;
4) Номинальное числооборотов вала электродвигателя: />;
5) Максимальное давлениеплунжера: />;
6) Минимальноедавление плунжера: />;
7) Масса шатуна: />;
8) Масса поршня: />;
9) Момент инерциишатуна: />;
10) Момент инерцииколенчатого вала (без маховика): />;
11) Маховой момент ротораэлектродвигателя: />;
12)Коэффициентнеравномерности вращения коленчатого вала: />;
13) Маховой момент муфты:/>;
14) Момент инерцииредуктора, приведённый к валу: />.
3. Построение планаосновного механизма:
1) Определение основныхразмеров звеньев механизма по заданным условиям (средняя скорость поршня, числооборотов коленчатого вала, отношение длины шатуна к длине кривошипа):
/>; />;
/>.
Для данного расчёта: />длина кривошипа.
/>.
Для данного расчета: /> — длина шатуна. /> — расстояние от точки />до центра тяжести /> шатуна.
2) Выбормасштаба: />.
3)Построение плана механизма в 12-и положениях: угловая координата кривошипа /> во всех положениях кратна 30° .
4.Построение планов скоростей для всех 12-и положений:
1) Длякаждого положения механизма построить план скоростей, задав произвольный постоянныйотрезок />, соответствующий скороститочки />.
2) Векторскорости точки С определитьпо векторной формуле: />, где векторскорости точки С /> направлен понаправляющей, вектор скорости точки В />-перпендикулярно АВ, вектор скорости точки С относительно точки В />-
перпендикулярно/>.
3)Вектор скорости точки />определить поправилу подобия: точки, принадлежащие одному звену на схеме механизма и концывекторов скоростей этих точек на плане скоростей, образуют подобные фигуры.
4)Построить проекции векторов скоростей точек /> и/>на ось у .
5. Построениедиаграмм зависимостей аналогов скоростей точек механизма и передаточного отношения/> от положения механизма />:
1)Определить значения проекции аналога скорости точки />наось />для всех положениймеханизма: />, где />и /> — отрезки плана скоростей,соответствующие проекции скорости точки />наось />и скорости точки />соответственно (/>длявсех положений механизма).
2) Определитьзначения аналога скорости точки /> длявсех положений механизма: />, где /> — отрезок плана скоростей,соответствующий скорости точки />.
3)Определить значения проекции аналога скорости точки /> на ось />длявсех положений механизма: />, где /> — отрезок плана скоростей,соответствующий скорости точки /> на ось />.
4)Определить значения передаточного отношения /> длявсех положений механизма: />, где /> — отрезок плана скоростей, соответствующийскорости относительно точки В.
5)Значения, полученные для данного расчета, занесены в таблицу:
Таблица№ 1.
Положение
механизма 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/> 35 48 50 37 20 -20 -37 -50 -48 -35
/>/> 37 42 47 51 46 40 37 40 46 51 47 42 37
/> 37 31 19 -17 -32 -37 -32 -17 19 31 37
/> 50 45 28 26 43 50 43 26 28 45 50
/> 0,056 0,077 0,082 0,059 0,032 -0,032 -0,059 -0,082 -0,077 -0,056
/>/> 0,059 0,05 0,03 -0,027 -0,051 -0,059 -0,051 -0,027 0,05 0,03 0,059
/> -0,21 -0,19 -0,12 0,11 0,18 0,21 0,18 0,11 -0,12 -0,19 -0,21
/> 0,059 0,067 0,075 0,082 0,074 0,064 0,059 0,064 0,074 0,082 0,075 0,067 0,059
6) Выбормасштабов для диаграмм:
а)Масштаб для положений механизма: />.
б) Масштабдля аналогов скоростей и их проекций на ось />:
/>.
в)Масштаб для передаточного отношения />:
/>
7)Построение диаграмм зависимостей аналогов скоростей точек механизма и передаточногоотношения /> от положения механизма /> в соответствии свыбранными масштабами.
8) Выбормасштаба:
/>.
9)Строится индикаторная диаграмма в соответствии с выбранным
масштабом.
7.Построение графика зависимости проекции силы /> наось у от положения механизма />:
1) В координатах/> по оси /> отложить значения />в миллиметрах для каждогоположения механизма, приняв ур = хр индикаторнойдиаграммы компрессора.
2) Пополученным точкам построить график.
3)Расчет масштаба силы: Р = />, где Р- сила, /> - давление, />— площадь поршня; />.
4) Выбор масштабадля положений механизма:
/> — этот масштаб будет использоваться также дляпостроения всех остальных графиков и диаграмм.
Вкачестве динамической модели принимаем начальное звено — кривошип 1.Параметрами динамической модели являются приведённый момент сил />и приведённый моментинерции />, действие которыхэквивалентно действию реальных сил и масс.
1)Построение графиков приведенных моментов сил:
а)Определение суммарного приведенного момента сил для каждого из 12-ти положениймеханизма: />, где /> - приведенный момент силысопротивления, />и />— приведенные моментысил тяжестей поршня и шатуна соответственно.
б)Приведенные моменты />находятся изравенства мгновенных мощностей модели и механизма:
/>, для данного расчёта: />, где /> — проекция силысопротивления на ось у, таким же способом определяются моменты />и />, где /> — проекции сил тяжестипоршня и шатуна соответственно на ось у .
в) Выбор масштаба:
/>.
г) Полученныедля данного расчета приведенные моменты сил занесены в таблицу № 2:
Таблица№2.
Полож
Мех-ма 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/>,H -1570 -1570 -1570 -1570 -1570 -1570 17270 17270 17270 17270 17270 17270
/>/>
мм 88 121 129 93 50 -553 -1019 -1416 -1330 -967 -8,8 -12,1 -12,9 -9,3 -5 -55,3 -101,9 -141,6 -133 -96,7
/>/>
мм 4,6 3,92 2,35 -2,12 -4 -4,6 -4 -2,12 2,35 3,92 4,6 0,46 0,392 0,235 -0,212 -0,4 -0,46 -0,4 -0,212 0,235 0,392 0,46
д) По даннымтаблицы строятся графики зависимостей приведенных моментов сил от положениямеханизма />.
Примечание:так как значения приведенных моментов /> вданном расчёте много меньше, чем значения приведённого момента />, то на чертеже графиксчитается совпадающим с осью абсцисс, таким образом, графически принимаетсясуммарный момент
/>.
2)Построение графиков приведенных моментов инерции второй группы звеньев:
а)Приведенные моменты инерции находятся из равенства кинетических энергий моделии механизма: />б) Для звена 3:
.
/>.
Длязвена 2:
/>; />, где /> —
приведённыйпоступательный момент инерции 2-го звена,
/>— приведенный вращательный момент инерции 2-го звена.
в) Выбормасштаба:
/>.
Таблица№3.
Полож
Мех-ма 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/>/>
/> 0,06 0,12 0,13 0,07 0,02 0,02 0,07 0,13 0,12 0,06 60 120 130 70 20 20 70 130 120 60
/>/>
/> 0,028 0,036 0,045 0,053 0,044 0,033 0,028 0,033 0,044 0,053 0,045 0,036 0,028 28 36 45 53 44 33 28 33 44 53 45 36 28
/>/>
/> 0,0069 0,0057 0,0023 0,0019 0,0051 0,0069 0,0051 0,0019 0,0023 0,0057 0,0069 6,9 5,7 2,3 1,9 5,1 6,9 5,1 1,9 2,3 5,7 6,9
г) По даннымтаблицы строятся графики зависимостей приведенных моментов инерции второйгруппы звеньев от положения механизма />.