n=2840 об/мин=47,33 об/сек
Мр.к. = 20*103
362*47,33
Мр.к.=1,17 Вт.
Расчет шпонки на смятие производится по формуле (3.15):
?см.= 2Мр.к.
D (h-t)*l
D=17мм=0,017 м
l=10мм=0,01 м
h=1,6мм=0,0016 м
t=0,8мм=0,0008 м
?см= 2*1,17
0,017(0,0016-0,0008)*0,01
?см.=17205881 Н/м2
?см.=17,2 Мпа
Шпонка представляет собой кружок твердый, вытянутый, изготовленный из
латуни марки П63. Сопротивление латуни этой марки разрыву:
?в=75-95 кгс/мм2
?в=750-950 МПа
Сопротивление смятию находится в пределах Ѕ ?в, запас прочности на смятие
нас удовлетворяет.
3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения.
Шлицевое соединение проверяется на смятие по формуле:
?см.=Т
(3.22)
0,75z Асм*Rср.
где, Т – передаваемый вращаемый момент;
z - число шлицев;
Ам – расчетная поверхность смятия;
Rср. – средний радиус шлицевого соединения.
Средний радиус шлицевого соединения определяется как:
Rср.=0,25 (D+d)
(3.23)
где, d-диаметр впадин шлицев, ;
D-максимальный диаметр шлицев;
D=0,017 м
d=0,0137 м
Rср.=0,25 (0,017+0,137)
Rср.=0,007675 м
Расчетная поверхность смятия равна:
Асм.=(D-d-2f)*l
(3.24)
2
где, f-фаска на шлицах;
l-длина контактирующей поверхности шлицевого соединения;
f=0,003 м
l=0,04 м
Асм.= (0,017-0,0137 – 2*0,0003)*0,04
Асм.=0,000042 м2
Т=Nдв
(3.25)
n
где, Nдв.- мощность двигателя;
n - число оборотов вала;
Nдв.=20 КВт=20000Вт
Т=20000
47,33
Т=422,6 Н*м
?см.= 422,6
0,75*6*0,000042**0,007675
?см=291308000 Н/м
?см=291,308 Мпа.
Вал насоса изготовлен из высоколегированной стали.
[?см]вала=500-1100 МПа.
Следовательно, шлицевое соединение, рассчитанное нами и проверенное на
смятие удовлетворяет нашему насосу.
3.4.Расчет вала ЭЦН
Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение
имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие
валы допускают передачу вращения при больших перегибах. По конструкции
различают валы и оси гладкие, фанонные или ступенчатые, а так же сплошные и
полые. Образование ступеней на валу связано с закреплением деталей или
самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при
подсадках с натягом. Полые валы изготавливают для уменьшения массы или в
тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.
Прямые валы изготавливают преимущественно из углеродных и легированных
сталей.
Валы рассчитывают на прочность.
Расчет вала на прочность.
Во время работы вал насоса подвергается воздействию крутящего момента,
осевой сжимающей нагрузки на верхний торец вала и радиальной нагрузки.
Радиальная нагрузка на вал вызывается насосным расположением валов секций
насоса и протектора и возможность неточного изготовления шлицевого
соединения.
Предварительно оценивают средний диаметр вала по внутреннему диаметру
шлицев d концентрационных напряжений и изгиба вала:
?кр=Mкр.max=Mкр.max
(3.26)
Wр=0,2*d3 вн.
где, dвн.=Мкр.max
(3.27)
0,2*?кр
Максимальный крутящий момент:
Мкрmax=Nmax
(3.28)
w
где, N max– приводная мощность двигателя, 13 т;
w= ?*n - угловая скорость, сек;
30
п-частота вращения электродвигателя, об/мин.
Напряжение на кручение определяем по пределу текучести материала ?т.
Допустимое касательное напряжение при кручении принимаем с коэффициентом
запаса прочности ?=1,5;
?=[?]= ?т = ?т (3.18)
? 2?
Для вала насоса ЭЦН берем сталь 40ХН с пределом текучести ?=750 Мпа.
Насосное соединение валов и некомпенсированные зазоры создают радиальную
нагрузку в 60-130 кг.с, действующую на шлицевой конец вала насоса.
Радиальная нагрузка Р, находится по формуле:
Р1=K[3E*J*?у]
(3.29)
C3
где, К – коэффициент, учитывающий компенсирующее влияние зазоров
и равный 0,45-0,85;
Е – модуль упругости материала вала, Па.
J – момент инерции вала, принимаемый с учетом тела втулки. М;
?у – стрела прогиба шлицевого конца вала, вызванная неспособнос-
тью в сочленении насоса и протектора, принимается равным 25*10 м;
С – расстояние от центра подшипника до середины муфты, м;
Момент инерции вала:
J=?*d4вн.*а*(D-dвн.)*(D+dвн.)*z
(3.30)
64
где, а – ширина шлицы, м;
D – наружный диаметр шлицев, м;
z – число шлицев.
Радиальная нагрузка на вал Р2, зависящая от неравномерной передачи
крутящего момента шлицами малы и ею можно пренебречь.
Пять работающих шлицев дают нагрузку, равную 0,2*Р, где
Рокр.=2*Мкр.max
(3.31)
dср.
где, D – средний диаметр шлицев.
Р2=0,2*Рокр.
(3.32)
Изгибающий момент на шлицевом конце вала:
Мизгб.max=(Р1+Р2)*b
(3.33)
где, b-расстояние от середины муфты или от точки приложения силы Р
до проточки под стопорное кольцо, м.
Мизг.max.=(Р1-Р2)*b.
Зная момент изгиба и момент кручения, можно определить напряжение изгиба
и кручения в опасном сечении вала (под проточку на стопорное кольцо).
?изг.max=Мизг.max
(3.34)
Wx
Wх=?*d4кр.
(3.35)
32*D
где, Wх- момент сопротивления в месте проточки под стопорное кольцо,
м;
dкр.-диаметр вала в месте проточки под стопорное кольцо, м;
?изгб.min=Мизг.min
(3.36)
Напряжение кручения
?кр.=Мкр.max
(3.37)
Wp
Wр=2*Wx – полярный момент сопротивления вала в месте проточки под
стопорное кольцо;
Эквивалентное напряжение находим по четвертной прочности:
?экв.=??2изг.max+3?2
(3.38)
По этой величине и пределу текучести материала вала устанавливается запас
прочности с учетом статистических нагрузок:
п=?т?1,3
(3.39)
?экв
Исходные данные:
Приводная мощность двигателя N = 2000Вт. Частота оборотов двигателя
п=2840 об/мин. Предел текучести материала вала ?=750 МПа. Модуль упругости
материала вала У=20*10 МПа. По данной методике произведем расчет с
цифровыми значениями:
J= ?*d4вн.+ а (D-dвн) * (D +dвн)2*z
J= 3,14*0,0124 + 0,0035 (0,017 – 0,012)*(0,017+0,012) 2*6
J=2,3*10-10 м;
Нагрузка создаваемая работающими шлицами:
Р2=0,2* Mкр.max
dср
Р2=0,2 * 2*67,28
0,0155
Р2= 1736,2584.
Максимальный изгибающий момент в месте проточки под стопорное кольцо:
Мизг.max= (Р1+Р2)*b
Мизг.max=(258,957+1736,258)*0,035
Мизг.max=69,83 Н*м.
Минимальный изгибающий момент в этом сечении:
Мизг.min=(Р1-Р2)*b
Мизг.min=(258,957-1736,258)*0,035
Мизг.min=51,74 Н*м;
Напряжение изгиба в опасном сечении:
где, W= ?*d4кр
W=3,14*0,01574
32*0,017
W=3,51*10-7 м3;
Это мы нашли осевой момент сопротивления вала:
?изг.max.= 69,83
3,51*10-7
?изг.max =198,945Мпа
Минимальное напряжение изгиба
?изг.min.= 51,71
?изг.min.= 147,321 МПа
Напряжение кручения:
?кр=Мкр.max
где, Wр=2*Wх
Wр=2*3,51*10-7
Wр=7,02*10-7 м
Это мы нашли полярный момент сопротивления вала
?кр.= 67,28
7,02*10-7
?кр.=96,114 Мпа;
Эквивалентное напряжение:
?экв=??2 изг.max + ?кр2
?экв=?198,9452+3*96,1142
?экв.=259,409 Мпа;
Запас прочности по пределу текучести:
п= ?т ? 1,3
п= 750
259,409
п=2,8;
Из результатов расчетов видно, что вал из стали 40 ХН диаметром 17 мм со
шлицем и с проточкой под стопорное кольцо выдерживает заданные нагрузки с
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
