Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

В.Л. ЮША

Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров»

ОМСК – 2006

УДК 621.512/.513(075)

ББК 31.76я73

Ю 95

Рецензенты:

П.И. Пластинин, д-р техн. наук, проф. МГТУ им. Н.Э. Баумана;

В.Д. Галдин, д-р техн. наук, проф. СибАДИ

Юша В.Л.

Ю 95 Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров: Учебное пособие по курсовому проектированию / В.Л. Юша. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. – 120 с.

Данное учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров» предназначен для обучения студентов специальности 150801 «Вакуумная и компрессорная техника физических установок» дистанционной, заочной и дневной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

УДК 621.512/.513(075)

ББК 31.76я73

© В.Л. Юша, 2006

© Омский государственный

технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Курсовое проектирование, предметом которого является разработка поршневого компрессора, является заключительным этапом инженерной подготовки по дисциплине «Теория, расчет и конструирование поршневых компрессоров» в рамках специальности 150801 «Вакуумная и компрессорная техника физических установок».

В ходе проектирования студент должен проявить свои профессиональные знания и творческие способности для обоснованной разработки темы задания и суметь в сжатой и наглядной форме доказать преимущества принятых им технических решений.

На одни и те же параметры задания могут быть разработаны различные типы компрессорных машин с разными технико-экономическими показателями. Повышение экономичности может быть обеспечено за счёт снижения скоростей течения газа в элементах проточной части и движения рабочих органов машины, улучшением герметичности и охлаждения газа в процессе сжатия, но это неизбежно приводит к усложнению конструкции машины, увеличению ее металлоемкости и габаритов. Большое влияние на технико-экономические показатели оказывает выбор типа компрессора, схемы машины, режимных и геометрических параметров проточной части.

Предполагается, что перед началом проектирования студент подробно изучил соответствующие учебные дисциплины и владеет их методами, поэтому здесь вопросы теории даются лишь в конспективном виде и подкрепляются подробным изложением примеров расчёта. Особенностью предлагаемого пособия является то, что оно предназначено преимущественно для студентов заочной и дистанционной форм обучения. В связи с этим акцент сделан на подробное изложение примеров выполнения отдельных разделов проекта как более наглядной формы представления методики выполнения курсового проекта. Во всех необходимых случаях следует пользоваться специальной литературой, список которой представлен после основных разделов, также реферативными журналами, периодической и нормативно-справочной литературой, стандартами и каталогами предприятий, указанными в рабочей программе и методике по изучению дисциплины «Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров».

Разработка проекта компрессора в реальных условиях конструкторских организаций проходит в несколько этапов: эскизное, техническое и рабочее проектирование. При эскизном проектировании основное внимание уделяют выбору типа и схемы машины, при техническом ‑ прорабатывают варианты отдельных сборочных единиц, а при рабочем ‑ разрабатывают весь комплект конструкторской документации: чертежи, спецификации, ведомости, пояснительную записку, расчеты, карты технического уровня, технические условия на изготовление и поставку, инструкцию по эксплуатации и другие документы, предусмотренные ЕСКД.

По характеру и глубине разработки курсовой проект, как правило, приближается к техническому проекту и состоит из расчётно-пояснительной записки (РПЗ) и чертежей, объем проекта определяется индивидуальным заданием.

Часто при выполнении индивидуального учебного плана студента предусматривается возможность сквозного проектирования, когда задание на дипломный проект является развитием задания на курсовой, а также разработка коллективных проектов.

На все выполненные чертежи сборочных единиц составляют спецификации, в которых в отличие от ЕСКД проставляют марки материалов на все специфицированные детали. Обычно в технических вузах студенты при проектировании проводят предварительные (проектные) расчеты, позволяющие определить основные геометрические размеры, режимы работы и технические характеристики изделия, однако студенту также может быть дано задание и на проведение поверочных расчетов.

Основное внимание при выполнении расчетов и оформлении РПЗ следует уделять постановке задачи, расчетной схеме, алгоритму расчета и анализу полученных результатов. Расчеты необходимо иллюстрировать графиками изменения величин, выполняемыми в масштабе, и рисунками. Полученные при расчетах размеры округляют до стандартного ряда чисел, после чего заносят в сводную таблицу, используемую при проектировании.

Курсовое проектирование проводится с целью систематизации, закрепления, расширения и контроля теоретических и практических знаний студентов по изучаемой дисциплине, привития навыков самостоятельного проектирования. В ходе проектирования могут быть проработаны различные варианты, проведён их анализ и обоснование принятого технического решения по каждому рассматриваемому вопросу, ответственность за которое, полностью лежит на разработчике проекта (студенте).

Как уже отмечалось выше, курсовой проект состоит из комплекта чертежей и расчётно-пояснительной записки (РПЗ). Объем графической части проекта – 3 – 4 листа формата А1 (594 × 841 мм) по ГОСТ 2.301 – 68, включая общий вид компрессора ‑ продольный разрез и (по указанию руководителя) поперечный разрез – 1–2 листа; сборочные чертежи и чертежи деталей – 1–2 листа, расчётные диаграммы – 1 лист. При этом, как правило разрабатываются чертежи деталей (рабочие), на которые в проекте выполняются и сборочные чертежи. Номенклатура сборочных чертежей и чертежей деталей включается в задание.

Курсовой проект выполняется по этапам в течение одного семестра. Сроки выполнения этапов и их объемы, устанавливаемые кафедрой, указываются в задании и графике учебного процесса.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) оформляется на бумаге формата А4 (297 × 210), ГОСТ 2.301‑68. Объем записки должен быть достаточным для изложения всех вопросов, рассматриваемых в проекте: титульный лист, задание на проект, аннотация, оглавление, список условных обозначений, описание и обоснование конструкции и типа машины, термогазодинамический (тепловой) расчет, расчеты статических и динамических нагрузок, расчеты на прочность и надежность, список использованной литературы, спецификация чертежей. Общий объем записки – 25–40 листов. РПЗ составляется на основании черновых записей и расчетов, проводимых в течение всего времени работы над проектом и согласованных с руководителем курсового проекта во время консультаций.

Текстовая часть записки пишется на одной стороне листа. Эскизы, графики, фотографии и схемы оформляют в тексте или на отдельных листах. Эскизы и графики выполняют по линейке. В тексте допускаются сокращения слов, предусмотренные ГОСТ 2.316–68. Единицы физических величин должны быть выдержаны в СИ. Типовые расчеты рекомендуется проводить в табличной форме. Формулы записывают в буквенном виде, затем в порядке следования букв записывают соответствующие числа и далее (без промежуточных выкладок) – окончательный результат. Изменение порядка записи букв и чисел не допускается.

Ссылки на литературу помещают в квадратных скобках, при этом может быть указан и номер страницы или рисунка, например [20, с. 116]. Список использованной литературы составляют либо в порядке следования ссылок в тексте записки, либо в алфавитном порядке. Сначала записывают фамилии, инициалы авторов, затем название книги (отчета, статьи и т. п.), город, издательство, год издания, число страниц. Например:

39. Френкель М. И. Поршневые компрессоры. М.: Машиностроение, 1969. 743 с.

Формулы и математические выражения в тексте РПЗ нумеруют арабскими цифрами, ссылку на их порядковый номер дают в круглых скобках, например: «...из выражения (5) видно, что ...». Иллюстрации нумеруют также арабскими цифрами (рис. 1, рис 2 и т. д.) и снабжают подрисуночными подписями. Нумерация страниц текста и приложений должна быть сквозной.

Все заголовки в записке должны быть выделены большим размером шрифта.

При оформлении РПЗ предпочтительно использовать современные компьютерные технологии (например, Microsoft Word, Microsoft Excel).

В правом нижнем углу чертежа помещают основную надпись по форме 1 ГОСТ 2.104‑68. Над основной надписью на чертеже оставляют место для продолжения таблицы изменений. Все надписи на чертежах, графиках и технологических схемах выполняют в соответствии с ГОСТ 2.304‑81. Виды, разрезы, сечения и поверхности на чертеже обозначают прописными буквами русского алфавита.

При выполнении чертежа на нескольких листах всем листам дают одно и то же обозначение и наименование. В основной надписи и спецификации наименование изделия должно начинаться именем существительным в именительном падеже единственного числа, например: «Компрессор поршневой», «Диск основной» и т. п.

Все чертежи должны быть подписаны автором и руководителем проекта и при необходимости консультантами.

Сборочный чертеж должен давать полное представление о взаимной связи деталей, возможности сборки и, контроля узла или машины. Чертеж должен удержать технические требования и техническую характеристику, габаритные, присоединительные и необходимые справочные размеры, допуски и посадки.

Сборочные чертежи допускается выполнять упрощенно в соответствии с требованиями ЕСКД. Например, можно не показывать фаски, закругления, проточки, выступы, насечки и др.

На сборочных чертежах проставляют номера позиций всех сборочных единиц и деталей, непосредственно входящих в данную сборочную единицу, в соответствии с номерами позиций и спецификации. Номера позиций на чертежах указывают на полях линий выносок, которые располагают параллельно основной надписи чертежа вне контура изображения. Их объединяют в колонку или строку, по возможности на одном уровне. Размер шрифта номеров позиций должен быть на один – два номера больше размера шрифта, принятого для размерных чисел.

На сборочных чертежах и чертежах общих видов на свободном поле над основной надписью помещают технические требования и техническую характеристику, каждую с самостоятельной нумерацией пунктов, записываемых с красной строки. Нумерация пунктов идет сверху вниз. Заголовок «Технические требования» пишется лишь при наличии на чертеже технической характеристики (с заголовком). Ширина колонок с текстом должна быть 80–185 мм. На листах формата, большего A3, допускается размещение текста в две и более колонок. При выполнении чертежа на нескольких листах текстовую часть помещают на первом листе независимо от того, на каких листах находятся изображения (ГОСТ 2.316–68).

Техническую характеристику излагают в последовательности:

– наименование изделия, марка, тип;

– рабочее тело (газ, жидкость), рабочий орган и т. п.;

– основные рабочие входные и выходные, параметры с единицами измерения в системе СИ:

– основные характеристики (линейные объемные, временные и т. п.);

– способ привода (марка, тип);

– способ охлаждения.

Технические требования излагают в последовательности:

– указание возможных материалов-заменителей отдельных деталей;

– требования к качеству поверхностей обрабатываемых непосредственно при сборке машины, указания об их отделке;

– размеры, их предельные отклонения, взаимное расположение поверхностей;

– зазоры, расположение отдельных элементов конструкции;

– требования, предъявляемые к настройке и регулировке изделия, машины;

– требования к шумовым характеристикам машины, к вибрации и т. п.;

– условия и методы испытания машины;

– правила транспортирования и хранения (окраска, смазывание и пр.);

– особые условия эксплуатации.

Чертежи деталей разрабатывают с учетом возможностей использования конкретного станочного оборудования, предполагаемого технологического процесса изготовления; они должны содержать необходимые данные для проведения и контроля механической, термической или термохимической обработки. Особое внимание следует уделять согласованию размеров и допусков деталей, объединяемых в сборочные единицы и более сложные комплексы.

Начиная выполнение чертежа, необходимо продумать дополнительные проекции для полного выяснения конструкции, дать все поясняющие размеры, указать параметры шероховатости поверхности, термообработку материала, требования по предельным отклонениям формы и расположению поверхностей, покрытия, технические и технологические требования. При разработке чертежей деталей необходимо стремиться к тому, чтобы число дополнительных поясняющих документов было минимальным. Например, на чертежах деталей должны быть показаны конструктивные элементы деталей (фаски, гнезда, канавки, центровочные отверстия) и их размеры. Кроме того, на поле чертежа помещают данные о свойствах материала готовой детали, о притирке, совместной обработке, гибке или развальцовке, видах и способах сварки.

Размеры деталей, как правило, ставят от базовых поверхностей, причем цепочка размеров не должна быть замкнутой. Следует контролировать, чтобы геометрия детали была задана полностью, а размеры не повторялись на разных проекциях. Неплоскостность, некруглость, неперпендикулярность проставляют по ГОСТ 2.308–79.

При нанесении параметров шероховатости поверхности детали необходимо учитывать конструктивные требования и технологические возможности производства, а также минимальные значения параметров шероховатости, обеспечивающие сохранение характера заданных посадок. Не следует завышать требования к параметрам шероховатости поверхности, так как это приводит к увеличению трудоемкости изготовления деталей. Занижение требований может привести к быстрому изнашиванию деталей и, следовательно, к уменьшению срока службы машины.

Предельные отклонения линейных размеров деталей проставляют на чертежах проектов комбинированным способом по ГОСТ 2.307–68 с указанием условного обозначения поля допуска и квалитета.

Эти же требования распространяются и на резьбовые соединения. При оформлении сборочных чертежей сварных соединений следует указывать номер ГОСТа.

Допуски на свободные размеры следует указать на поле чертежа, например: «Неуказанные предельные отклонения размеров: охватывающих – по H14, охватываемых – по h14, прочих – в половине допуска квалитета 14».

При выборе термообработки детали необходимо учитывать назначение этой детали, технологию ее механической обработки, экономическую целесообразность термообработки.

Технические требования к детали (без заголовка) помещают над основной надписью и записывают в последовательности:

– требования к свойствам материала и его термообработке;

– отклонения формы и расположения поверхностей;

– испытание, маркировка, хранение и т. д.

При выполнении чертежей предпочтительно использовать современные компьютерные технологии (например, 3D – моделирование и оформление чертежей с использованием таких программных продуктов, как AutoCad, Compas, Solid Work и т.п.).

Спецификации составляются на отдельных листах формата А4 по ГОСТ 2.108–68 и брошюруются в конце РПЗ.

Спецификация состоит из разделов, располагаемых в последовательности: документация, комплексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы, комплекты. Наличие тех или иных разделов определяется составом специфицируемого изделия. Наименование каждого раздела указывают в виде заголовка в графе «Наименование» и подчеркивают. В раздел «Документация» вносят документы составляющие основной комплект конструкторских документов, например: сборочный чертеж, технические условия, принципиальную схему, монтажный чертеж, РПЗ и т. д. (ГОСТ 2.102 – 68).

В разделы «Комплексы», «Сборочные единицы» и «Детали» вносят комплексы, сборочные единицы и детали, входящие непосредственно в специфицируемое изделие.

В раздел «Стандартные изделия» вносят изделия и детали, изготовляемые по государственным, отраслевым, республиканским стандартам и стандартам предприятия (СТП).

В раздел «Прочие изделия» вносят изделия, примененные не пo основным конструкторским документам, за исключением стандартных изделий.

В раздел «Материалы» вносят все материалы, непосредственно входящие в специфицируемое изделие, в последовательности: металлы черные, металлы цветные; кабеля, провода и шнуры; пластмассы и пресс-материалы; бумажные и текстильные материалы; лесоматериалы; резиновые и кожевенные материалы; минеральные, керамические и стеклянные материалы; лаки, краски, нефтепродукты и химикаты; прочие материалы (подробнее – ГОСТ 2.108–68).

После каждого раздела спецификации необходимо оставлять несколько свободных строк для дополнительных записей. Более подробно о правилах заполнения спецификаций см. ГОСТ 2.102–68 и ГОСТ 2.108–68.

Ход выполнения курсового и дипломного проекта определяется графиком работы и контролируется руководителем, который назначается кафедрой. Руководитель периодически докладывает о ходе проектирования заведующему кафедрой.

Защита курсовых проектов проводится перед внутривузовской (обычно в состав комиссии входят ведущие преподаватели кафедры) экзаменационной комиссией в присутствии и при участии студентов данной специальности, которые по предложению экзаменационной комиссии могут задавать вопросы защищающемуся и участвовать в дискуссии.

Автор выражает благодарность канд. техн. наук, доценту кафедры «Компрессорные и холодильные машины и установки» В.А. Максименко за ценные советы при подготовке рукописи и инженеру этой же кафедры З.В. Махортовой за помощь при редактировании рукописи и подготовке её к печати, а также студентам старших курсов Е.А. Ноздруновой, В.И. Поспелову, Н.В. Жмаеву, Е.В. Сухову, В.В. Обливанской, О.В. Трофимовой за добросовестное выполнение индивидуальных заданий на курсовое проектирование и техническую помощь при подготовке иллюстративных и справочных материалов.