Курсовое проектирование по дисциплине «Машины низкотемпературной техники». Компрессор поршневой V-образный

Рис. 6.

3. Схема действия сил к определению удельного давления на стенку цилиндра Боковое давление на стенку цилиндра от силы :

Удельное давление на стенку цилиндра:

где — допустимое удельное давление при трении алюминия по чугуну;

Условие прочности выполнено.

6.6 Поршневой палец Площадь поперечного сечения пальца в месте среза:

где — наружный диаметр поршневого пальца, ;

— внутренний диаметр поршневого пальца, ;

Наибольшее усилие, действующее на палец:

где — площадь поршня, ;

Максимальный изгибающий момент:

где — длина пальца, ;

— ширина верхней головки шатуна, ;

Момент сопротивления изгибу:

Максимальное напряжение изгиба:

где — допустимое напряжение на изгиб для стали;

Условие прочности выполнено.

Максимальное напряжение среза:

где — допустимое напряжение на срез для стали.

Условие прочности выполнено.

6.7 Поршневое кольцо Поршневые кольца разделяют на компрессионные (уплотняющие) и маслосъемные. Компрессионные кольца создают уплотнение между стенкой цилиндра и боковой поверхностью поршня. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла со стенок цилиндра. Кольца располагаются в специальных канавках в теле поршня.

При расчете поршневых колец на прочность определяем наиболее опасные напряжения, которые возникают:

— на наружных волокнах в рабочем состоянии ;

— на внутренних волокнах кольца при его надевании на поршень .

Средний радиус кольца:

где — диаметр цилиндра, ;

— радиальная толщина кольца, ;

Наружный радиус кольца:

Величина замка по среднему диаметру кольца, находящегося в свободном состоянии:

Удельное давление кольца на стенку цилиндра, которое развивается силами упругости кольца:

где — модуль упругости чугуна;

Условие прочности выполнено.

Напряжение на наружных волокнах в рабочем состоянии:

где — допустимое напряжение для колец из чугуна;

Условие прочности выполнено.

Напряжение на внутренних волокнах кольца при его надевании:

где — допустимое напряжение для колец из чугуна;

Условие прочности выполнено.

6.8 Шатун Верхняя головка шатуна Средний радиус верхней головки шатуна (принимаем):

где — наружный диаметр верхней головки шатуна, ;

— внутренний диаметр верхней головки шатуна шатуна, ;

Толщина стенки головки:

Угол закладки, выраженный в радианах:

Растяжение по сечению от максимальной силы инерции при положении поршня в «верхней мертвой точке» :

где — максимальное значение силы инерции (абсолютное значение из динамического расчета), ;

— ширина верхней головки шатуна, ;

— допустимое напряжение на растяжение для стали;

Условие прочности выполнено.

Сила, сжимающая верхнюю головку в месте перехода в стержень:

Момент и силу в сечении для которого, определяем из соотношений:

Изгибающий момент и нормальная сила в расчетном сечении равны:

Максимальное напряжение, возникающее на наружных волокнах:

где — толщина стенки головки, ;

— коэффициент, учитывающий присутствие втулки;

— допустимое напряжение на растяжение для стали;

Условие прочности выполнено.

Напряжение на наружной поверхности верхней головки шатуна от определяем приближенно по зависимостям:

Аналогично определяем напряжение от силы, сжимающей стержень шатуна:

где — допустимое напряжение на сжатие для стали;

Значения и отрицательные, следовательно, стержень шатуна растягивается.

Условие прочности выполнено.

Стержень шатуна Напряжение сжатия в минимальном сечении:

где — наибольшая сила, действующая на поршневой палец, ;

— площадь минимального сечения стержня (сечение), ;

— допустимое напряжение на сжатие для стали;

Рис. 6.

4. К определению площади минимального сечения стержня шатуна Условие прочности выполнено.

Момент инерции среднего сечения шатуна по оси :

Момент инерции среднего сечения шатуна по оси :

Напряжение сжатия и продольного изгиба в среднем сечении стержня:

— в плоскости качания шатуна (ось):

где — допустимое напряжение сжатия — изгиба для стали;

— в плоскости, перпендикулярной плоскости качания (ось):

Нижняя головка шатуна Толщину вкладыша при расчете не учитываем Масса нижней крышки:

где — масса нижней головки шатуна, ;

Площадь среднего сечения крышки:

где — толщина нижней головки шатуна, ;

— ширина нижней головки шатуна, ;

Сила инерции массы шатуна, который вращается без массы крышки:

где — масса шатуна, ;

— радиус кривошипа, ;

— угловая скорость вращения коленвала, рад/c;

Нижняя головка шатуна нагружена силой, которая равна:

Рис. 6.

5. Схема к расчету нижней головки шатуна Момент сопротивления среднего сечения крышки:

Напряжение в среднем сечении крышки:

где — расстояние между осями шатунных болтов, ;

— допустимое напряжение для стали;

Условие прочности выполнено.

6.9 Шатунный болт Шатунный болт воспринимает деформацию растяжения от совместного действия сил инерции на нижнюю крышку шатуна и предварительной затяжки Диаметр отверстий в крышке шатуна:

где — наружный диаметр болта, ;

Диаметр головки болта:

Внутренний диаметр резьбы:

Наружный диаметр резьбы:

Средний диаметр резьбы:

Сила затяжки болтов:

где — сила, которой нагружена нижняя крышки шатуна (из расчета нижней крышки шатуна), ;

Суммарная площадь поперечного сечения болтов:

где — число болтов;

Площадь поперечного сечения деформируемой части шатуна:

Сила, действующая вдоль болта:

Величина крутящего момента, нагружающего болт при растяжении:

где — коэффициент трения в нарезке;

Момент сопротивления кручению:

Напряжение кручения в теле при завертывании:

Напряжение растяжения в сечении одного болта:

Сложное напряжение в расчетном сечении:

где — допустимое напряжение для углеродистой стали;

Условие прочности выполнено.

Напряжение смятия головки болта:

где — допустимое напряжение на смятие для стали;

Условие прочности выполнено.

6.10 Расчет вала.

При расчете вала исходим из следующих предположенийвал является балкой на двух опорах, расположенных посредине коренных шеек;

— собственный вес вала не учитываем;

— вал рассматриваем в положении, когда максимальное усилие действует в одном из средних цилиндров.

Радиальные силы и моменты выгибают вал в плоскости кривошипов. Тангенциальные силы и моменты, передающиеся на вал от электродвигателя, изгибают вал в плоскости, перпендикулярной кривошипу.

Вал нагружается силами в соответствии с углом развала между цилиндрами и углом заклинивания кривошипа, при этом используем данные динамического расчета. Проверку вала на прочность ограничиваем упрощенным статическим расчетом, так как напряжения и деформации вала оказываются незначительными.

Нумерацию цилиндров производим от левой опоры. Силы определяем для угла поворота вала, при котором максимальное свободное усилие, действует в одном из средних цилиндров. Угол поворота кривошипа, которому соответствует, определяем из диаграммы свободного усилия (динамический расчет компрессора).

Во всех цилиндрах силы и определяем из соответствующих диаграмм. Для максимально нагруженного цилиндра по, для остальных — с учетом угла развала между цилиндрами.

При определенных углах поворота кривошипа из динамического расчета определяем и и заносим их в таблицу 6.1, присваивая индекс — порядковый номер цилиндра, при этом учитываем знак силы.

Правило нагружения вала:

— для левого колена положительная сила направлена от вала (↑);

— для правого колена положительная сила направлена к валу (↓).

Таблица 6.1.

Номер цилиндра 1 170 -5 -83 2 205 65 -166 3 260 414 -169 4 305 1454 664 5 350 313 1419 6 35 144 -152 7 80 51 2 8 125 -38 -45.

Сумма моментов тангенциальных сил относительно :

откуда реакция в опоре от действия тангенциальных сил:

Сумма моментов тангенциальных сил относительно :

откуда реакция в опоре от действия тангенциальных сил:

Эпюры изгибающих моментов строим методом сечений. Сечением вала считаем точку приложения силы. Построение эпюр изгибающих моментов производим от левой опоры. Принятое правило знаков:

— если, то момент действует по часовой стрелке;

— если, то момент действует против часовой стрелки.

Изгибающие моменты от действия тангенциальных сил:

Сумма моментов радиальных сил относительно :

откуда реакция в опоре от действия радиальных сил:

Сумма моментов радиальных сил относительно :

откуда реакция в опоре от действия радиальных сил:

Изгибающие моменты от действия радиальных сил:

Реакции в опорах:

— в левой опоре.

— в правой опоре.

Суммарный изгибающий момент для каждого сечения:

Крутящий момент постоянен по величине и равен:

где — средняя тангенциальная сила, ;

— радиус кривошипа, ;

Крутящий момент приложен к валу на участке от цилиндра до конца вала.

Момент сопротивления изгибу вала:

Напряжение при роботе вала на изгиб:

где — допустимое напряжение на изгиб для стали;

Условие прочности выполнено.

Момент сопротивления кручению:

Напряжение при кручении вала:

где — допустимое напряжение при кручении для стали;

Условие прочности выполнено.

Сложное напряжение при роботе на изгиб и кручение одновременно:

где — допустимое напряжение для стального вала;

Условие прочности выполнено.

7 Расчет коренных подшипников качения.

Расчет подшипников выполняем по нагрузкам, действующим на вал.

Осевая нагрузка:

Коэффициент работоспособности подшипника левой опоры:

где — реакция левой опоры, ;

— коэффициент, зависящий от рабочей температуры подшипника;

— коэффициент, учитывающий тип подшипника;

— коэффициент, учитывающий влияние характера нагрузки;

— температурный фактор;

— частота вращения вала, ;

— долговечность подшипника, ;

Принимаем однорядный шариковый подшипник со следующими размерами:, ,.

Коэффициент работоспособности подшипника правой опоры:

где — реакция правой опоры, ;

Принимаем однорядный шариковый подшипник со следующими размерами:, ,.

8 Расчет смазки компрессора.

Назначение смазки компрессора состоит в уменьшении износа и охлаждения поверхностей трения. Смазке подлежат: цилиндры, поршневой палец, шатунные шейки, подшипники коленвала. В спроектированном компрессоре смазка осуществляется под давлением непосредственно на поверхности трения. Расход масла определяем из условия количества тепла, которое должно быть отведено от поверхностей трения.

В безкрейцкопфных компрессорах мощность трения в механизме движения составляет не более 60% от общей мощности трения, поэтому расход масла на охлаждение пар трения определяем как:

где — мощность трения (из теплового расчета), ;

— плотность масла, ;

— теплоемкость масла, ;

— подогрев масла, ;

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Машины низкотемпературной техники» предназначены для студентов 4 курса специальности 140 504.

65 — Холодильная, криогенная техника и кондиционирование. Авторы: к.т.н., доцент Жильцов Н. Б., к.т.н., профессор Вагабов И.И.

Холодильные машины: Учебн. для втузов по специальности &# 171;Холодильные машины и установки"/Н. Н. Кошкин, И. А. Сакун, Е.

М. Бамбушек и др.; Под общ. ред. И. А.

Сакуна. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985 — 510 с., ил.

Теплотехника — Баскаков А. П. 1991 г.

Теплотехника — Крутов В. И. 1986 г.

Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция — Тихомиров К. В. 1981 г.

57.

Теплотехнические измерения и приборы — Преображенский В.П.1978 г.

Лист.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата.