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 предположений- вал 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, ;


Список использованной литературы

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Машины низкотемпературной техники» предназначены для студентов 4 курса специальности 140504.65 - 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 «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. 1981г.57.
Теплотехнические измерения и приборы - Преображенский В.П.1978 г.















28



Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата