Проектирование и исследование механизмов плунжерного насоса простого действия

Московский государственный  университет им.Н.Э.Баумана

 

Калужский филиал

 

ФНК

 

Факультет

 

Кафедра ФН-5

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

 

к курсовому проекту на тему:

 

 

 

Проектирование и исследование механизмов плунжерного насоса простого действия

 

Калуга

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Насос простого действия (рис. 37-1а) состоит из кривошипно-ползунного механизма 1,2,3, ползун 3 которого является плунжером насоса, совершающим возвратно  поступательное движение в горизонтальном цилиндре 4 с автоматически действующими клапанами 5,6. Рабочий цикл такой  установки совершается за один оборот кривошипа 1. При движении плунжера 3 вправо происходит всасывание жидкости 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 во вращательное движение от электродвигателя 7 через планетарный редуктор с колёсами 8,9,10,11, водило 12 и муфту 13. Для обеспечения требуемой неравномерности движения коленчатого вала имеется маховик 14.

 

Смазка подвижных соединений механизма установки осуществляется под давлением от масляного насоса 17 кулачкового типа (рис. 37-1в). Закон  движения толкателя в пределах рабочего угла поворота кулачка  представлен  на рис.42. Вращение кулачка 17 осуществляется от кривошипа 1 через корригированные  зубчатые колёса 15 и 16 с неподвижными осями вращения.

 

 

 

Исходные данные№ 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 0

15 Число сателлитов в планетарном редукторе 

- 3

16 Передаточное отношение планетарного редуктора 

- 11,3

 

 

 

 

 

ЛИСТ 1.

 

 

 

I.  Проектирование эвольвентной  зубчатой передачи

 

 

 

1.  Цель: Выполнить геометрический  расчет эвольвентной зубчатой  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)  Коэффициент воспринимаемого  смещения:  = ;

 

4)  Радиусы делительных  окружностей: =;

 

5)  Радиусы основных  окружностей: =;

 

6)  Радиусы начальных  окружностей: = ;

 

7) Радиусы окружностей  вершин: = ;

 

8) Коэффициент уравнительного  смещения:;

 

9) Радиусы окружностей  впадин: ;

 

10) Высота зуба:   ;

 

11) Межосевое расстояние: aw = ;

 

;

 

12) Толщины зубьев по  делительным окружностям:

 

 

;

 

13) Толщины зубьев по  окружностям вершин:

 

 

 

 

 

 

14) Коэффициент перекрытия:

 

 

 

4. Расчет - выполнен по  программе, распечатка результатов  прилагается.

 

5.       Выбор  коэффициента смещения х1: Коэффициент  смещения первого колеса выбирается, исходя из трех условий:

 

1)  Отсутствие подреза:;

 

2)  Отсутствие заострения:;

 

3)  Обеспечение плавности:.

 

Были построены графики  зависимостей  и по ним выбран коэффициент смещения. Графики зависимостей прилагаются.

 

6.       Выбор  масштаба: Высота зуба на чертеже 

 

 

 

 

7. Построение картины зацепления:

 

1)  Линия центров (межосевое  расстояние).

 

2)  Начальные окружности  касаются в точке Р (полюс).

 

3)  Основные окружности , линия зацепления, касательная  к и, проходит через точку  Р.

 

4)  Делительные окружности , расстояние между которыми равно  (воспринимаемое смещение).

 

5)  Окружности вершин  и окружности впадин , расстояние  между  и  равно  (стандартный  радиальный зазор).

 

6)  Построение эвольвенты: Эвольвента боковой поверхности  зуба строится методом обкатывания  прямой по основной окружности :

 

а)   Раствором измерителя  на основной окружности  сделать  последовательных отметок и

 

провести через отмеченные точки радиусы;

 

б)   Через точкипровести  касательные к основной окружности , определяющие промежуточные

 

положения производящей прямой;

 

в)   Тем же раствором  измерителя на этих касательных отложить столько отрезков, каков номер  касательной;

 

г)   Соединить плавной  кривой полученные точки.

 

7)  Построить ось зуба, для этого: по окружностям делительной  и вершин r a отложить соответствующие  толщины зуба и через их  середины провести ось зуба. Проверка: ось должна пройти через центр  колеса.

 

8)  Если (rb-rf)>0,4m, то из  основания эвольвенты на основной

 

окружности  провести прямую, параллельную оси зуба, радиусом , сделать  сопряжение этой прямой с oкружностью впадин rf. Если, то радиусом сделать  сопряжение эвольвенты с окружностью  впадин rf . При этом часть эвольвенты внизу потеряется.

 

В данном расчете:

 

,

 

 

 

9) По построенным половинам  зубьев сделать лекала. Первый  зуб второго колеса построить,  совместив соответствующее лекало  с линией центров. Второй и  третий зуб построить, определив  шаг

 

по формуле: , где . Для построения двух зубьев первого колеса, их необходимо вписать в зацепление с зубьями  второго колеса, после чего произвести проверку, измерив шаг.

 

В данном расчете: ,

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Выполняется проверка, вписывается  ли зуб, построенный методом  обкатывания колеса по основной  окружности  в реечный

 

инструмент.

 

9.       Выполняется  графическая проверка коэффициента  перекрытия и

 

Определяется погрешность  по формулам:

 

 

 

 

 

где  - угловой шаг,  - хорда, соответствующая угловому шагу (измеряется на чертеже). В данном расчете:

 

 

 

 

 

10. Выводы: Выполнен геометрический  расчет эвольвентной зубчатой  передачи, назначены коэффициенты  смещения и, которые удовлетворяют  условиям отсутствия заострения, отсутствия подреза и обеспечения плавности. Выполнена графическая проверка коэффициента перекрытия (погрешность )

 

П. Проектирование планетарного редуктора

 

1.  Цель: Рассчитать числа  зубьев колес планетарного редуктора  по заданному передаточному отношению.

 

2.  Исходные данные: Двухрядный  планетарный редуктор с двумя  внутренними зацеплениями, передаточное  отношение , число сателлитов 

 

3.  Подбор чисел зубьев  колес методом сомножителей:

 

1)  Передаточное отношение  планетарного механизма: ;

 

2) Выражение дроби и  представление ее в виде отношения  произведения сомножителей:

 

 

 

Необходимо выбрать один из возможных вариантов, удовлетворяющий  всем условиям проектирования планетарных  редукторов, а также наиболее подходящий по соображениям габаритности.

 

3) Проверка выполнения  условия соосности: 

 

Для данногомеханизма . Запись условия соосности через множители:

 

 

 

Для данного расчета:

 

1 вар.: ;

 

2 вар.: ;

 

3 вар.: .

 

Получим: 1 вар.: 3+12=25-1015=15- условие  выполняется;

 

2 вар.: 4+8=15-312=12- условие выполняется;

 

3 вар.: 8+16=30-6  24=24- условие  выполняется.

 

4) Выполнение условия правильного  зацепления:

 

Для данного механизма  внутренний зуб: . Если эти условия  не выполняются, то полученные числа  зубьев надо умножить на множитель .

 

1 вар.: 

 

2 вар.:

 

3 вар.:

 

Тогда получим: 1 вар.: -условие  выполняется;

 

2 вар.: - условие не выполняется;

 

3 вар.: - условие не выполняется.

 

5) Выполнение условия соседства: 

 

Для данного механизма  должно выполняться неравенство:, где - число зубьев большего сателлита. Для данного расчёта:

 

- условие выполняется.

 

6) Выполнение условия сборки:

 

, где - целые числа. 

 

Для данного расчёта:

 

- целое условие выполняется  при всех 

 

Все проверки выполняются. Принимаем:

 

 

 

 

Изображение схемы планетарного редуктора: Полагая, что модуль колес :

 

 

 

Масштаб:

 

5. Выполнение графического  исследования - проверка передаточного  отношения:

 

1)  Обозначить характерные  точки - оси колес и полюсы  зацепления (А - ось первого колеса, В - полюс зацепления первого  и второго колес, С - ось второго  и третьего колес, D - полюс зацепления  третьего и четвертого колес).

 

2)  Характерные точки  перенести на вертикальную ось  радиусов и построить картину  распределения линейных скоростей.  Для этого провести отрезок  ВВ' произвольной длины, изображающий  в масштабе скорость точки  В; АВ' - линия распределения скоростей  первого колеса; точка D - 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 линию угловых  скоростей. Из полюса Р, взятого  на произвольном расстоянии КР  от линии угловых скоростей,  провести лучи параллельные линиям  распределения скоростей звеньев.

 

,

 

отрезки  и  измеряются на чертеже в миллиметрах.

 

Для данного расчета:

 

4.  Выводы: Рассчитаны числа  зубьев колес , которые удовлетворяют  условиям: сборки, соосности, соседства,  правильного зацепления. И выполнена  графическая проверка передаточного  отношения .

 

 

ЛИСТ 2.

 

 

 

Динамическое исследование основного механизма

 

 

 

1.  Цель: Рассчитать маховик,  который обеспечит заданную неравномерность  вращения механизма , и определить  закон движения начального звена.

 

2.  Исходные данные:

 

1)  Отношение длины шатуна  к длине кривошипа: ;

 

2)  Отношение расстояния  от точки  до центра тяжести  шатуна к длине шатуна: ;

 

3)  Средняя скорость  поршня: ;

 

4)  Номинальное число  оборотов вала электродвигателя: ;

 

5)  Максимальное давление  плунжера: ;

 

6)  Минимальное давление  плунжера: ;

 

7)  Масса шатуна: ;

 

8)  Масса поршня: ;

 

9)  Момент инерции шатуна: ;

 

10) Момент инерции коленчатого  вала (без маховика): ;

 

11) Маховой момент ротора  электродвигателя: ;

 

12)Коэффициент неравномерности  вращения коленчатого вала: ;

 

13) Маховой момент муфты: ;

 

14) Момент инерции редуктора,  приведённый к валу: .

 

3. Построение плана основного  механизма: 

 

1) Определение основных  размеров звеньев механизма по  заданным условиям (средняя скорость  поршня, число оборотов 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) Выбор масштаба: .

 

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) Для каждого положения  механизма построить план скоростей,  задав произвольный постоянный  отрезок , соответствующий скорости  точки .

 

2) Вектор скорости точки  С определить по векторной  формуле: , где вектор скорости  точки С  направлен по направляющей, вектор скорости точки В - перпендикулярно  АВ, вектор скорости точки С  относительно точки В -

 

перпендикулярно .

 

3) Вектор скорости точки  определить по правилу подобия:  точки, принадлежащие одному звену  на схеме механизма и концы  векторов скоростей этих точек  на плане скоростей, образуют  подобные фигуры.

 

4) Построить проекции векторов  скоростей точек  и на ось  у .

 

5. Построение диаграмм  зависимостей аналогов скоростей  точек механизма и передаточного  отношения  от положения механизма  :

 

1) Определить значения  проекции аналога скорости точки  на ось для всех положений  механизма: , где и - отрезки плана  скоростей, соответствующие проекции  скорости точки на ось и  скорости точки соответственно (для  всех положений механизма).

 

2) Определить значения  аналога скорости точки  для  всех положений механизма: , где  - отрезок плана скоростей, соответствующий  скорости точки .

 

3) Определить значения  проекции аналога скорости точки   на ось для всех положений  механизма: , где - отрезок плана  скоростей, соответствующий скорости  точки  на ось .