ЗАДАНИЕ № 15

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПОРШНЕВОГО ДЕТАНДЕРА

Краткое описание установки "Поршневой детандер - генератор"

Детандерами называются машины, служащие для созда­ния холода за счет внешней работы, совершаемой расширяющимся газом. Детандеры широко применяются в технике глубокого холода.

Детандер высокого давления (рис.15—1)—вертикальная одноцилиндровая машина простого действия. Основным механизмом детандера является кривошипно-ползунный механизм, состоящий из коленчатого вала 1, шатуна 2 и поршня 3. Рабочее тело — воздух, сжатый до давления р_max, поступает в цилиндр детандера 4 через впускной клапан 8. При движении поршня вниз сжатый воздух расширяется, производя работу. Рабочий цикл детандера совершается за один оборот коленчатого вала. Изменение давления в цилиндре детандера в зависимости от положения поршня представлено индикаторной диаграммой (рис. 15—2), данные для построения которой приведены в табл. 15-2. Рабочее тело удаляется из цилиндра после расширения через выпускной клапан 11. Клапаны открываются принудительно посредством штоков-толкателей 7 и 10. Кулачки впуска 6 и выпуска 9 насажены на коленчатый вал детандера. Схема кулачкового механизма привода впускного клапана изображена на рис. 15—3, а закон изменения ускорения толкателя кулачкового механизма — на рис. 15—4.

Работа детандера воспринимается генератором электрического тока 14. Маховик-шкив 12, насаженный на коленчатый вал, передает движение шкиву генератора с помощью клиноременной передачи 18. Коленчатый вал снабжен двумя противовесами 5.

При проектировании и исследовании механизмов детандера считать известными параметры, приведенные в табл.15—1.

В установке «поршневой детандер-генератор» (рис. 15—1) отсутствуют зубчатая передача и планетарный редуктор, проектирование которых провести по дополнительному за­данию (Приложение III, рис. III—1, табл. III—1).

Рис. 15-1. Схема установки поршневого детандера с генератором

Объем и содержание курсового проекта

Лист 1. Проектирование основного механизма детандера и определение закона его движения

1. Определение основных размеров звеньев механизма по заданным условиям (средняя скорость поршня, число оборотов коленчатого вала; отношение длины шатуна к длине кривошипа).
2. Определение необходимого момента инерции маховых масс, обеспечивающих вращение коленчатого вала с заданным коэффициентом неравномерности при установившемся режиме работы. Определение момента инерции дополнительном моховой массы (маховика), установленной на коленчатом валу.
3. Построение диаграммы изменения угловой скорости коленчатого вала за время одного цикла установившегося режима работы.

Основные результаты расчета привести в табл. 1—1 {Приложение I).

Примечание. Веса звеньев механизма и их моменты инерции даны ориентировочно.

Рис. 15—2. Индикаторная диаграмма детандера

Лист 2. Силовой расчет основного механизма детандера с учетом динамических нагрузок.

1. Определение углового ускорения звена приведения по уравнению движения в дифференциальной форме (на основании исследования, выполненного на листе 1 проекта) в положении механизма, соответствующем заданному углу j₁. Определение линейных ускорений центров тяжести и угловых ускорении звеньев.
2. Построение картины силового нагружения механизма.
3. Определение сил в кинематических парах механизма.
4. Оценка точности расчетов, выполненных на листах 1 и 2 проекта, по уравнению моментов или уравнению сил для ведущего или ведомого звена механизма.
5. Основные результаты расчета привести в табл. 1—2 (Приложение I).

Лист 3. Проектирование кулачкового механизма привода впускного клапана

1. Построение кинематических диаграмм движения толкателя (ускорения, скорости, перемещения) по заданному закону изменения ускорения толкателя (рис. 15—4).
2. Определение основных размеров кулачкового механизма наименьших габаритов с учетом максимально допустимого угла давления (q).
3. Построение профиля кулачка (центрового и конструктивного) .
4. Построение диаграммы изменения угла давления в функции угла поворота кулачка.

Примечание. Полученный минимальный радиус кулачка (r₀) согласовать с заданным диаметром коленчатого вала (d _{к в} = 0,120 м), на котором закрепляется проектируемый кулачок.

По условиям прочности r₀>=(0,035 +d _{к в}/2).

Основные результаты расчета привести в табл. I—3 (Приложение I).                    

Рис. 15—3. Схема кулачкового механизма впускного клапана

Лист 4. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора

1. Выполнение геометрического расчета эволъвентной зубчатой передачи z₅, z₆ (приложение III—1).
2. Построение схемы станочного зацепления при нарезании колеса с меньшим числом зубьев и профилирование зуба (включая галтель) методом огибания.
3. Вычерчивание схемы зацепления колес с указанием основных размеров и элементов колес и передачи.
4. Проектирование планетарного редуктора (подбор чисел зубьев) по заданному передаточному отношению редуктора и числу сателлитов. (Приложение III, рис. III—1). Допустимое отклонение i_ред±5%.
5. Определение передаточного отношения, линейных ско­ростей и чисел оборотов звеньев спроектированного редуктора графическим способом.

Основные результаты расчета привести в табл. 1—4 (Приложение I).

Рис. 15—4. Закон изменения ускорения толкателя кулачкового механизма

Исходные данные Таблица 15-1.

     Значения давления в цилиндре компрессора в долях максимального давления P_max в зависимости от положения поршня. Таблица 15-2.