机械原理课程设计--往复泵动力端运动机构设计和分析

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1、 机械原理机械原理课程设计课程设计报告报告 专 业 班 级 机械产 11101 班 级 序 号 学 生 姓 名 2012 2013 学年 第 2 学期 目录 一、设计题目.3 二、机构传动系统方案的确定 3 三、机构综合的方法和运算结果.4 1）综合分析 .4 2）主程序设计 5 3）计算结果 .6 四、运动分析的方法和计算结果.6 1）运动分析 .6 3)往复泵的运动分析 .7 4）数据表格 . 10 五、对课程设计进行总结 . 12 六、主要参考文献 12 七、附件(计算程序等). . 12 1）曲柄滑块机构的设计 12 2）往复泵的运动分析 . 13 3）数据求解 . 14 一、设计题目

2、一、设计题目 往复泵动力端运动机构设计和分析 二、二、 机构传动系统方案的确定机构传动系统方案的确定 1）功能要求：将原动机的高速旋转运动变为柱塞的低速往复运动 2）工作原理：往复泵是利用工作腔容积的周期性变化来输送高压流体的，它通常由两部分 组成。一部分直接输送液体，把机械能转换为液体的压力能的液力端，另一部分将原动机 的能量传给液力端的动力端。动力端主要有曲柄、连杆、十字头等部件。如上图所示，在 液缸中有柱塞杆和柱塞，液缸体上装有吸入阀和排出阀。液缸体中柱塞与阀之间的空间称 为工作室，它通过吸入阀和排出阀分别与吸入管路和排出管相连。 通常压裂泵的动力源为高速柴油机，动力由柴油机经过减速装置

3、传递到曲柄，当曲柄 以角速度顺时针旋转时，柱塞从右极限位置开始向左运动，工作腔的容积增大，压力降 低，液体在压力差的作用下克服吸入管路和吸入阀等的阻力损失进入液缸体中。当柱塞运 动到左极限位置时， 吸入液体过程停止， 吸入阀关闭。 曲柄继续旋转， 柱塞开始向右运动， 液缸体中的液体被挤压，液体压力急骤增加。在这一压力作用下，排出阀被打开，液缸体 内液体在柱塞的作用下被排送到排出管路中去。 当往复泵的曲轴以角速度不停旋转时，往复泵就实现连续吸入和排出液体的过程。 往复泵的曲柄滑块机构一般采用对心式设计，在一些压力高或者由于结构的限制选定的长 细比（R/L）值比较大的情况下，可以采用正偏置设计来改

4、善十字头与导板间的正压力和偏 磨。 3）原始数据和设计要求 注：其它摩擦及其他构件质量均忽略不计； 假定泵阀的滞后角为 0； 曲柄和连杆的质量与长度有关，本题假定为已知； 吸入压力 P2=0.01MPa。 三、机构综合的方法和运算结果三、机构综合的方法和运算结果 1 1）综合分析）综合分析 （1）齿轮传动的基本简图如上所示。 齿轮设计采用压力角为 20的直齿圆柱齿轮，根据根切条件可知 Zmax=17，且直齿圆 柱齿轮的传动比一般在 3-8。 柱塞行 程s （mm） 偏心距 e（mm） 最大压 力角 () 柴油机转速 c (rpm) 冲次 N ( 冲 / 分) 柱塞直 径 Z d （mm） 排出

5、压 力 1 P (MPa) 十字头 与导轨 的摩擦 系数 f 十字头质量 S m (Kg) 曲柄质 量 Q m (Kg) 连杆 质量 L m (Kg) 229 24 52 1500 120 70 45 0.13 30 40 70 （2）传动比的具体分配方案 依题意有：n1=1500r/min，n4=120r/min i14=(-1)mZ2Z3Z4/Z1Z2Z3=Z4/Z1=n1/n4=1500/120=12.5 因为传动比 12.5 大于 8，所以应采取如图分级传动，取 Z1=18，则 Z4=300 具体传动比分配如下： i12=Z2/Z1=5=n1/n2Z2=90,n2=300r/min 齿

6、轮 2 和 3 在同一轴上，则有：n3=n2=300r/min i34=Z4/Z3=5/2=n3/n4Z3=120 综上所述：传动比的分配方案为，i12=5，i34=5/2 （3）曲柄滑块机构的设计 如图所示：点 B运动到 B1、B2 位置是曲柄滑块机构运动的两极限位置，当点 B运动到 B3 位置(B3 在 A 点正下方)，压力角取最大值。 由图中几何关系得：c2= (L R)2 e2 Sin52 。=（e+R）/L (S+c)2+e2=L2 整理得： L=(R+e)/ sin(52) L=(4S2R2-4S2e2- S4)/(16R2-4S2)1/2 2 2）主程序设计）主程序设计 Private Sub picture1_Click() Picture1.ForeColor = RGB(255, 0, 0) Const Pi = 3.1415926 Dim x!, y1!, y2! Picture1.Scale (-18, 18)-(18, -18) Picture1.Lin