机械原理研究性教学活塞泵的运动分析.docx

1、机械原理研究性教学活塞泵的运动分析基于Mathematica与Working Model的活塞泵运动学分析组长：机电1213班 佟文肖 12223088（利用Working Model仿真）组员：机电1213班 杨渊博 12223080（利用Mathematica运动分析）机电1213班 张博文 12223082（活塞泵结构分析以撰写报告）六、结论七、参考文献八、研究心得一、活塞泵的背景在现代日常工业生产与生活中，我们经常需要运送水、油等物质。特别是在在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，活塞泵在这些过程中起到了输送液体的作用

2、。活塞泵又叫电动往复泵，从结构分为单缸和多缸，其特点是扬程较高,适用于输送常温无固体颗粒的油乳化液,并被广泛用于油田、煤层注水、注油、采油；膛压机水压机，水力清砂，化肥厂输送氨液等。若过流部件为不锈钢时，可输送腐蚀性液体。另外根据结构材质的不同还可以输送高温焦油、矿泥、高浓度灰浆、高粘度液体等。二、活塞泵的工作特点活塞泵的流量是由泵缸直径、活塞行程及活塞每分钟的往复次数确定的；扬程取决于装置管路特性，同一台活塞泵流量不变，而扬程可随着装置管路特性变化。即扬程提高，而流量不变，只在高压区，流量稍有减少。 活塞泵适用于高压、小流量的场合，特别是流量小于100 /小时，排出压力大于9.8兆帕时，更显

3、示出它较高的效率和良好的运行性能。它吸入性能好，能抽吸各种不同介质、不同粘度的液体。因此，在石油化学工业、机械制造工业、造纸、食品加工、医药生产等方面应用很广。低中速活塞泵速度低，可用人力操作和畜力拖动，适用于农村给水和小型灌溉。 三、活塞泵的结构分析活塞泵由曲柄1、连杆2、齿扇3、齿条活塞4和机架5共五个构件组成。曲柄1是原动件，2、3、4为从动件。当原动件1回转时，活塞在汽缸中作往复运动。 各构件之间的联接如下：构件1和5、2和1、3和2、3和5之间为相对转动、分别构成回转副A、B、C、D。构件3的轮齿与构件4的齿构成平面高副E。构件4与构件5之间为相对移动，构成移动副F。活动构件：n=4

4、低副：pl=5高副：ph=1自由度：F=3n-(2pl+ph)=1四、活塞泵的运动分析（基于Mathematica的解析法分析）（一）、活塞泵的机构简图如下通过结构分析容易得出，由于齿扇与齿条活塞啮合，如想要求出活塞的速度和加速度，我们需要求出齿扇的角速度和角加速度，而齿扇与杆3固接，所以二者角速度与角加速大小相等，因此关键是求出杆3的角速度和角加速度。（二）、理论建模我们应用公式：求出。式中，）之后通过公式求出，将代入以下公式求得以及我们需要的和。（三）、数值运算利用mathematica进行分析，源程序如下L1=1;L2=4;L3=2;L4=4（*首先赋值活塞泵中四连杆构件长度*）A=2*

5、L1*L3*Sin 1B=2*L3*(L1*Cos 1-L4)e=L2*L2-L1*L1-L3*L3-L4*L4+2L1*L4*Cos 1 3=2*ArcTan(A+SqrtA2+B2-e2)/(B-e) 2=ArcSin(L3*Sin 3-L1*Sin 1)/L2 （*机构的位移分析*）DoPrint 3, 1,0,360,18（*以18度为一个间隔取 的20组数据*）DoPrint 2, 1,0,360,18（*以18度为一个间隔取 的20组数据*） 1=60（*赋值=60rad/s*） 3=( 1*L1*Sin 1- 2)/(L3*Sin 3- 2)2=(-1*L1*Sin1-3)(L2

6、*Sin2-3)（*机构的速度分析*）DoPrint2,1,0,360,18（*以18度为一个间隔取2 的20组数据*）数据如下：1018365472901081261441622-0.505-0.611-0.702-0.756-0.768-0.742-0.687-0.616-0.536-0.4593-1.318-1.457-1.639-1.825-1.990-2.124-2.225-2.293-2.326-2.3212-20.00-19.64-14.27-6.2601.6678.02112.3714.7215.2414.1911801982162342522702883063243422-0

7、.390-0.334-0.293-0.266-0.253-0.252-0.263-0.291-0.338-0.4093-2.278-2.197-2.083-1.944-1.791-1.634-1.485-1.359-1.275-1.255212.009.2346.4143.8091.413-0.962-3.617-6.927-11.21-16.20 （*画出2的曲线*）（*画出3的曲线*）（*画出2的曲线*）（*以18度为一个间隔取 的20组数据*）（*以18度为一个间隔取 的20组数据*）数据如下：1018365472901081261441623-20.000-40.075-37.224-

8、33.947-26.966-22.521-16.180-9.688-2.8214.5133-2547.5-2625.9-2232.1-1658.9-1050.7-456.5110.2642.31124.11524.01180198216234252270288306324342312.00018.91424.47828.21829.96029.58026.74620.76310.666-3.81231800.11920.61887.81737.61511.91225.5838.5240.5-681.5-1787.4（*画出3的曲线*）（*画出的曲线*）由此得出活塞的速度与角加速度五、活塞泵的二

9、维运动仿真（基于Working Model）六、结论通过对活塞泵的结构分析和运动分析，我们就可以得到活塞在气缸中的运动规律，这对于活塞泵的改进和整个机械装置效率的提高都提供了理论依据，具有重要意义。七、参考文献1 孙恒 . 机械原理 M . 高等教育出版社.2 张韵华 . Mathematica7实用教程 M. 中国科学技术大学出版社 , 3 章美月 . Mathematica及其应用 M. 中国矿业大学出版社 ,八、心得体会佟文肖：这次题目虽没能够达到预期目标，但我还是在研究的过程中有很多收获。在这期间我们粗略学习了Working Model和Mathematic，进行了仿真，当结果出来时心

10、里很高兴。这个课题未能达到预期目标主要因为时间不够了。这次的最大收获还是做事要赶早，不要拖，不然很难做成。杨渊博：本次的研究性教学做完了，我觉得我对机械原理这门课程的理解更深了，也有许多感想体会。在这次的研究中，我侧重负责了运动分析以及报告的完善。首先，这次我们用的是解析法，这种方法在课堂上不是重点，没有深入的学习，这就导致我们应用时的困难，其次，分析要配合Mathematica软件，软件的学习使用就又成为了一大难题，让我非常困扰，但通过小组一起查找资料，终于成功的分析了出来。我们小组在整个过程中进行了许许多多的讨论，可以说，虽然我们每个人的侧重点不同，但遇到的问题一直是大家一起解决，小组的团结令我感到十分欣慰。