- •Задание
- •1 Тепловой расчет поршневого компрессора
- •2 Расчет газового тракта в поршневом компрессоре
- •3 Динамический расчет поршневого компрессора
- •3.1 Построение расчетной индикаторной диаграммы
- •3.2 Построение диаграммы суммарной свободной силы
- •3.3 Построение диаграммы суммарной тангенциальной силы
- •3.4 Построение диаграммы радиальных сил
- •3.5 Уравновешивание
- •3.6 Расчет маховика
- •3.7 Построение полярной диаграммы и диаграммы изнашивания
- •4 Расчет на прочность деталей поршневого
- •4.1 Расчет коленчатого вала
- •4.1.1 Расчет по статическим нагрузкам
- •4.1.2 Расчет с учетом влияния переменной нагрузки
- •4.1.3 Расчет вала на жесткость
- •4.2 Расчет подшипников
- •4.3 Расчет шатуна
- •4.3.1 Расчет стержня шатуна
- •4.3.2 Расчет поршневой головки шатуна
- •4.3.3 Расчет кривошипной головки шатуна
- •4.4 Расчет поршня
- •4.5 Расчет поршневого пальца
- •4.6 Расчет гильзы цилиндра
3.2 Построение диаграммы суммарной свободной силы
Определяем суммарную свободную силу, действующую по оси цилиндра:
, ,
где ─ сила инерции поступательно движущихся масс, .
, ,
─ масса поступательно движущихся частей, .
, ,
– масса поршня, .
, ,
– плотность материала из которого изготовлен поршень, .
Для алюминиевых поршней .
– плотность стали, , ( , ).
, .
– масса шатуна, .
, ,
– диаметр поршня компрессора выбранного в качестве прототипа,
( ).
, .
– масса поршневого пальца, .
, ,
– наружный диаметр пальца, , ( );
– внутренний диаметр пальца, , ( ).
, ;
, .
─ угловая скорость вала, .
, ;
, .
─ сила трения поступательно движущихся частей, .
, ;
, .
Сила трения направлена против движения и меняет свой знак в мертвых точках. По оси абсцисс откладываем двойной ход поршня, по оси ординат ─ силы , , , .Рассчитанные значения приведены в таблице 3.
3.3 Построение диаграммы суммарной тангенциальной силы
Тангенциальную силу для одного цилиндра рассчитываем на основе полученных выше значений суммарной свободной силы для 24 положений кривошипа по формуле:
, ;
;
.
Сначала строим кривую тангенциальных сил для одного цилиндра, затем,
последовательно смещая по углу поворота кривошипа кривую тангенциальных сил одного цилиндра на угол развала между рядами компрессора, равный в нашем случае строим кривые тангенциальных сил для всех восьми цилиндров. Кривую суммарной тангенциальной силы получаем сложением ординат всех кривых тангенциальных сил.
Силу трения вращающихся частей компрессора считаем постоянной и определяем ее по формуле:
, ;
, .
Влияние силы трения учитываем смещением начала отсчета ординат суммарной кривой тангенциальных сил от оси абсцисс на величину этой силы.
Среднее значение суммарной тангенциальной силы определяем планиметрированием площади под кривой . Частное от деления полученной площади на длину диаграммы дает ординату . Менее точно можно найти делением суммы 24 ординат, взятых на диаграмме, на их количество.
Кривая суммарных тангенциальных сил в соответствующем масштабе является кривой моментов, противодействующих вращению вала:
, .
Площадки и между прямой и кривой суммарной тангенциальной силы характеризуют неравномерность нагрузки на двигатель. Площадки над прямой принято считать положительными, а под прямой – отрицательными.
При точном определении алгебраическая сумма всех площадок должна равняться нулю. По наибольшей площади или рассчитывается маховик.
Расчеты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Исходные данные для построения диаграммы суммарной тангенциальной силы
, |
|
, |
, |
0 |
0 |
8801,75 |
0,0 |
15 |
0,2908 |
4683,5 |
-1361,96 |
30 |
0,5555 |
565,25 |
-313,99 |
45 |
0,7714 |
-1130,5 |
874,07 |
60 |
0,9218 |
-1130,5 |
1042,09 |
75 |
0,9982 |
-565,25 |
564,23 |
90 |
1 |
40,38 |
-40,38 |
105 |
0,9337 |
403,75 |
-376,98 |
120 |
0,8103 |
807,5 |
-654,32 |
135 |
0,6428 |
1130,5 |
-726,69 |
150 |
0,4445 |
1292 |
-574,29 |
165 |
0,2268 |
1372,5 |
-311,34 |
180 |
0 |
1453,5 1938 |
0 |
195 |
-0,2268 |
1978,38 |
448,7 |
210 |
-0,4445 |
2018,75 |
897,33 |
225 |
-0,6428 |
2099,5 |
1349,56 |
240 |
-0,8103 |
2180,25 |
1766,66 |
255 |
-0,9337 |
2584 |
2412,68 |
270 |
-1 |
3310,75 |
3310,75 |
285 |
-0,9982 |
5087,25 |
5078,09 |
300 |
-0,9218 |
8478,75 |
7815,71 |
315 |
-0,7714 |
9649,63 |
7443,72 |
330 |
-0,555 |
9165,13 |
5091,23 |
345 |
-0,2908 |
8882,5 |
2583,03 |