КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу кинематического и динамического исследования механизмов на тему: «Анализ поршневого компрессора»
Вариант 8, схема 8
Автор
Специальность 140401, Техника и физика низких температур.
Группа 04-М-ТФ1
Руководитель Смелягин А. И.
Краснодар, 2006 г.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ОА=0,3 (м) АС=0.6 (м)
;
;
;
Индикаторная диаграмма.
ВВЕДЕНИЕ
Компрессор — устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением.
Область применения компрессорной техники — технологические процессы химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей.
По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:
─ Поршневые;
─ Ротационные;
─ Центробежные;
─ Осевые;
─ Струйные;
─ Мембранные.
Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, который получает вращательное движение от электродвигателя. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.
Работает он следующим образом:
1. Открывается всасывающий клапан.
|
|
2. Поршень, создавая разрежение, движется вниз. Газообразный хладагент с низким давлением и температурой всасывается в компрессор.
3. После заполнения камеры компрессора всасывающий клапан закрывается. Поршень движется вверх, сжимая газ.
4. Открывается нагнетательный клапан и газ под большим давлением (до 25 атм) и температурой (до 90˚С) устремляется в конденсатор. После этого нагнетательный клапан закрывается и цикл повторяется.
Поршневые компрессоры предназначены для химической промышленности, холодильных установок, питания пневматических систем, гаражного хозяйства
Компрессоры могут эксплуатироваться в составе стационарных или передвижных машин или установок. Соответственно этому различают стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные (авиационные, автомобильные, судовые, железнодорожные) компрессоры.
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
1.1. Механизм состоит из следующих звеньев:
- кривошипа 1;
- шатунов 2 и 3;
- ползунов 4 и 5.
Положение точек и звеньев механизма определяется углом поворота f
ведущего звена - кривошипа АВ. Частота вращения ведущего звена 800 об/мин.
Рис. 1. Механизм поршневого компрессора.
1.2. В данном механизме нет сложных шарниров и разнесённых кинематических пар (КП).
Классификация КП
| № п/п | Номера звеньев, образующих пару | Условное обозначение | Название | Подвижность | Высшая/ Низшая | Замыкание (геометрич., силовое) | Открытая, закрытая |
| 1-2 |
А
| вращат. | Н | Г | З | ||
| 2-5 |
 С
| вращат. | Н | Г | З | ||
| 1-3 |
 В
| вращат. | Н | Г | З | ||
| 3-4 |
 Е
| вращат. | Н | Г | З | ||
| 0-1 |
О
| вращат. | Н | Г | З | ||
| 5-0 |
Н
| поступ. | Н | Г | З | ||
| 4-0 |
 D
| поступ. | Н | Г | З |
Исследуемый механизм состоит только из одноподвижных кинематических пар (p1 = 7, р = 7), где p1 – число одноподвижных КП в механизме, p – общее число КП в механизме.
|
|
Классификация звеньев.
| № п/п | Номер звена | Условное обозначение | Название | Движение | Число вершин (t) |
| Стойка (0) | Отсутствует | - | ||
| Кривошип (1) | Вращательное | |||
| 2,3 | 
| Шатун (2, 3) | Сложное | ||
| 4,5 | 
| Ползун (4, 5) | Поступательное |
Все звенья механизма являются твёрдыми (жесткими) и простыми.
1.5. Механизм имеет четыре (n2 = 4) двухвершинных (t = 2) линейных звена 2,3,4,5; одно (t = 3) звено 1, которое является базовым (Т = 3).
Механизм поршневого компрессора имеет три (S=3) присоединения к стойке.
1.6. В исследуемом сложном механизме можно выделить один элементарный механизм (кривошип):
Механизмов с разомкнутыми кинематическими цепями в исследуемом механизме нет.
1.7. Механизм имеет в своем составе только простые стационарные механизмы.
1.8. В исследуемом сложном механизме звеньев закрепления и присоединения нет.
1.9. Исследуемый механизм имеет постоянную структуру, является сложным и однотипным. Он состоит из одного элементарного механизма, к которому присоединены две структурные группы (ступени). И имеет в своем составе только замкнутые кинематические цепи.
|
|
1.10. Определяем подвижность механизма поршневого компрессора. Анализ движений звеньев механизма и элементов кинематических пар показывает, что сложный механизм существуют в трехподвижном пространстве (П = 3), в котором разрешены следующие простейшие независимые движения: два поступательных х и у вдоль соответствующих осей и одно вращательное вокруг оси Z. Формулы определения подвижности механизма имеют вид:
W = 3n – 2p1 – p2 ;
W = p1 + 2p2 – 3k;
k = p – n.
Этот механизм имеет: пять (n=5) подвижных звеньев 1,2,3,4,5; семь одноподвижных кинематических пар A,B,C,D,H,E,O (p1 = р = 7). Тогда его подвижность будет равна:
W = 3·5 - 2·7= 1;
k = 7– 5= 2;
W = 7 - 2·3= 1.
1.11. Так как в механизме компрессора нет механизмов с незамкнутыми кинематическими цепями, то нет и необходимости определять их подвижность.
1.12. Проводим анализ структурной модели компрессора. Проверяем, соответствует ли исследуемый механизм структурной математической модели. Механизм имеет: семь (р=7) одноподвижных (
) КП; пять (n=5) подвижных звеньев, из которых одно (
), базовое (Т=3) трёхвершинное (t=3) и четыре (
) двухвершинных (t=2); три присоединения к стойке (S=3) и нет звеньев закрепления (Z=0).
Подставим эти исходные данные в математическую структурную модель:
получим:
Так как уравнения моделей превратились в тождества, то исследуемое устройство имеет правильную структуру и является механизмом.
1.13. Выделяем механизм I класса. В соответствии с классификацией И. И. Артоболевского механизм I класса исследуемого механизма совпадает с элементарным механизмом.
1.14. Выделяем структурные группы Асура. В механизме поршневого компрессора можно выделить две одинаковые структурные группы:
Данная структурная группа имеет: два подвижных звена 
, причём все звенья двухвершинные (t=2) и, значит, базовое звено имеет также две вершины (Т=2); три (р=3) одноподвижные 
кинематические пары, из которых две внешние (
).
1.15. Проверяем, соответствует ли выделенная структурная группа ее математической модели. Подставив в структурную модель группы ее исходные данные, получим:
Анализ полученных выражений показывает, что выделенные кинематические цепи являются структурными группами Ассура.
1.16. Проверяем, не распадаются ли выделенные структурные группы на более простые.Видно, что выделенные структурные группы являются самыми простыми для трехподвижного пространства, в котором существует исследуемый механизм, и, значит, они не могут иметь в своем составе другие более простые группы Ассура.
1.17. Проводим классификацию структурных групп по И. И. Артоболевскому.
Классификация структурных групп
| №п/п | Структурная схема | Номера звеньев, образующих группу | Класс, порядок, вид |
|
| 0-1. | Механизм, I класс | |
| 2-5, 3-4. | II класс, 2 порядок, 2 вид |
1.19. Определяем класс сложного механизма поршневого компрессора. Механизм относится ко II классу.