Расчет вала АЗОТадувки

3. Расчет вала.

Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому их изготавливают из цементируемых сталей 2 х 13(ГОСТ 5632 -61)с пределом прочности и текучести:

Σв = 65 Мпа

Σт = 45 Мпа

3.1. Расчет статической прочности, жесткости и устойчивости вала.

Основными для вала являются постоянные и переменные нагрузки от рабочего колеса.

На статическую прочность вал рассчитываем по наибольшей возможной кратковременной нагрузке, повторяемость которой мала и не может вызывать усталостного разрушения. Так как вал в основном работает в условиях изгиба и кручения, а напряжение от продольных усилий не велики, то эквивалентное напряжение в наружного вала:

Где: σн – наибольшее напряжение при изгибе моментом Ми.

Ĩк – наибольшее напряжение при кручении моментом.

Wк и Wн – соответственно осевой и полярный моменты сопротивления сечения вала.

Для вала круглого сплошного сечения Wк = 2 Wн, в этом случае:

Где: D – диаметр вала = 5,5 м;

Запас прочности по пределу текучести

Обычно Пт = 1,2 – 1,8.

3.2. Расчет на усталостную прочность.

На практике переменная внешняя нагрузка изменятся либо по симметричному, либо по асимметричному циклу.

Наибольшие напряжения будут действовать в точках наружных волокон вала.

;

Амплитуды и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений будут:

Если амплитуды и средние напряжения возрастают при нагружении пропорционально, то запас прочности определяют из соотношения:

Где: n Σ и n Ī – соответственно запасы прочности по нормальным и касательным напряжениям.

Если известны пределы выносливости реальной детали, то равенство можно переписать в виде.

6.

В равенствах (а) и (б) Σ = 1 и Σ – 1 q – пределы выносливости стандартного образца и детали при симметричном изгибе; Ī -1 и Ī1-q – то же при кручении RΣ и RĪ – эффектные коэффициенты концентрации соответственно нормальных и касательных напряжений.

При отсутствии данных значения RΣ и RĪ можно вычислить из соотношений.

7.

Здесь ąΣ и ąĪ – теоретические коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении.

G – коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений.

Значения эффективных коэффицтентов концентраций напряжений для прессовых соединений валов и дисков в таблице.

ЕΣ и ЕĪ – коэффициенты, учитывающие масштабный эффект при изгибе и кручении.

ΒΣ и βĪ – коэффициенты, учитывающие влияние состояния поверхности.

Φυ и φĪ – коэффициент, характеризующий чувствительность материала к ассиметррии цикла напряжений

В приближенных расчетах принимают φσ = 0,1 -0,2 для углеродистых сталей при σβ < 50 кгс/мм2 ;

Φυ = 0,2 -0,3 для легированных сталей, углеродистых сталей при σβ > 50

кгс/мм2 ;

φĪ = 0,5 φσ – титановые и легкие сплавы.

Принимаем при азотодувке β = 1,175 (1,1 – 1,25)

Для легированных сталей

Φυ = 0,25; σĪ = 0,5 * 0,25 = 0,125

Пределы выносливости при изгибе и кручении

Σ-1 = (0,45 – 0,55) σβ

Ī-1 = (0,5 -0,65) σ-1

σ-1 = 0,5 * 65 = 32,5 (Мпа)

Ī-1 = 0,575 * 32,5 = 18,68 (Мпа)

Во время работы нагнетателя на вал действуют;

1. крутящийся момент;

2. изгибающий момент;

3. осевое усилие.

Составляем уравнение состояния вала:

Σma = Р * а + m – RB *B = 0 ,

Σmв = Ra * B – P (а + В) + m = 0

8.

Нагрузка, действующая на вал: P = 2 Mkp / D, где:

D -диаметр рабочего колеса (М) = 0,06

9.

Где: N – мощность дантера в КВт из газодинамического расчета.

N = 20,33 (КВт);

W – частота вращения ротора (с-1 )

W = 126 (с-1 )

10.

11.

Проверка:

Σm =0, Σm = – P + Ra – Rb = 0, Σm = – 5366,6 + 9089,1 – 3722,5 = 0

Определяем перерывающие силы и строим их эпюру.

1. Qec =0

2. Qуа сл = – Р = – 5366,6 (Н)

3. Qуа спр = – Р + Ra = – 5366,6 + 9089,1 = 3722,5

4. Qур = – Р + Ra – RB = – 5366,6 + 9089,1 – 3722,5 = 0

Определяем изгибающие моменты и строим их эпюру (рис.

1).

1. Мх0 сл = 0.

2. Мх0 сл = – М = – 161 (Н * м)

3. Мх1 сл = – Р Х1 – М, где: Х1 изменяется от 0 до 0,018, значит:

При Х0 = 0; Мх1 = – М = – 161 (Н * м)

При Х1 = 0,018; Мх1 = – 5366,6 * 0,018 – 161 = – 257,6

4. Мх2 сл = – Р Х2 – М, где Х2 изменяется от 0,018 до 0,025

При Х2 = 0,025

Мх2 сл = – 5366,6 * 0,025 – 161 = – 295,17

5. Мх3 сл = – Р Х3 – М, где Х3 изменяется от 0,025 до 0,045

При Х3 = 0,045

Мх3 сл = – 5366,6 * 0,045 – 161 = – 402,5

6. Мх4 сл = – Р Х4 – М, где Х4 изменяется от 0,045 до 0,068

При Х3 = 0,068

Мх4 сл = – 5366,6 * 0,068 – 161 = – 525,9

7. Мх5 сл = – Р Х5 – М, где Х5 изменяется от 0,068 до 0,075

При Х3 = 0,075

Мх5 сл = – 5366,6 * 0,075 – 161 = – 563,5

8. Мх6 сл = – Р Х6 – М, где Х6 изменяется от 0,075 до 0,09

При Х6 = 0,09

Мх6 сл = – 5366,6 * 0,09 – 161 = – 643,9

9. Мх6 спр = – R в (Х10 – Х6); при Х6 = 0,09

Мх6 спр = – 3722,5 ( 0,263 – 0,09) = – 643,9

10. Мх7 спр = – R в (Х10 – Х7); при Х7 = 0,1

Мх7 спр = – 3722,5 ( 0,263 – 0,1) = – 606,8

11. Мх8 спр = – R в (Х10 – Х8); при Х8 = 0,1 – 0,176

Мх8 спр = – 3722,5 ( 0,263 – 0176) = – 323,9

12. Мх9 спр = – R в (Х10 – Х9); при Х9 = 0,176 – 0,253

Мх9 спр = – 3722,5 ( 0,263 – 0,253) = – 37,2

13. Мх10 спр = – R в (Х10 – Х10); при Х10 = 0,253 – 0,263

Мх10 спр = 0


Зараз ви читаєте: Расчет вала АЗОТадувки