Задача №4. Динамический расчет компрессора

Исходные данные:

Необходимые исходные данные можно получить, решив задачу №2, 3.

Последовательность решения:

В ходе динамического расчета определяются силы и моменты, действующие в компрессоре.

Рисунок 13. – Схема кривошипно-шатунного механизма.

Суммарная свободная сила действует по оси цилиндра:

,

где: – сила от давления пара в цилиндре; – сила инерции поступательно движущихся масс; – сила трения поступательно движущихся частей.

Сила от давления пара в цилиндре определяется разностью давлений со стороны крышки цилиндра и со стороны вала :

.

Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

где: – масса поступательно движущихся частей (поршня, поршневого пальца, 1/3 массы шатуна), кг; – радиус кривошипа, м; – угловая скорость вала, с^-1; – угол поворота кривошипа от верхней мертвой точки; – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, обычно .

Силу трения поступательно движущихся частей условно принимают постоянной:

.

Сила трения направлена против движения и меняет свой знак в мертвых точках.

Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:

· силу, действующую по оси шатуна: ;

· силу, действующую на стенку цилиндра: .

Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:

· тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;

· радиальную силу, действующую по кривошипу: .

Направление действующих сил принято положительным, следовательно, при положительном значении, силы , , , , – вызывают сжатие шатуна, сила – направлена против вращения вала, сила – к оси вращения вала.

Результаты динамического расчета используют при расчете на прочность деталей компрессора, подшипников на износ, для проектирования системы смазки и определения неуравновешенных сил и моментов.

Силы, действующие в компрессоре, изменяются в зависимости от угла поворота кривошипа. Для определения максимальных, минимальных и средних за цикл значений нагрузки деталей кривошипно-шатунного механизма строят диаграммы сил, позволяющих оценить характер нагружения.

Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

где: – сила инерции первого порядка; – сила инерции второго порядка.

= ,

где: – масса поршня в сборе с поршневым пальцем; – масса шатуна.

Масса поршня и шатуна определяется из конструктивных соображения в зависимости от полученного диаметры поршня.

, рад/с.

м – радиус кривошипа.

Результаты расчета сил инерции в зависимости от угла поворота кривошипа приведены в таблице 3.

Таблица 3