Курсовой проект по дисциплине машины низкоремпературной техники - Расчет поршневого компрессора - файл n2.doc

Курсовой проект по дисциплине машины низкоремпературной техники - Расчет поршневого компрессора
скачать (438.3 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc741kb.25.12.2009 00:24скачать
n2.doc826kb.25.12.2009 22:02скачать
n3.bmp
n4.xls64kb.13.12.2009 15:47скачать
n5.doc42kb.25.12.2009 22:20скачать
n6.doc31kb.25.12.2009 22:04скачать
n7.doc28kb.25.12.2009 00:23скачать

n2.doc

  1   2   3
4 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССРА


4.1 Расчёт коленчатого вала
Для оценки прочности коленчатого вала рассчитываем напряжения, возникающие в сечениях вала при максимальных значениях тангенциальной и радиальной сил, причём действие сил рассматривается как статическое.

В данном курсовом проекте рассмотрим коленчатый вал (рисунок 4.1) четырехцилиндрового компрессора, требуется расчёт на жёсткость, в ходе которого определяется прогиб шатунной шейки на длине вкладыша шатуна.


Рисунок 4.1 – Схема нагружения вала


4.1.1 Расчёт по статическим нагрузкам
Значение сил берём из динамического расчёта (таблица 3). Результирующие радиальные силы Pr’’, действующие на коленчатый вал, находим с учётом сил инерции Iш.ш. от массы части шатунной шейки, приходящейся на один шатун, и сил инерции Iш.вр. от вращающейся части шатуна. Действием сил тяжести вала пренебрегаем. Условно принимаем то что, максимальные силы приложены к валу от второго цилиндра. На каждое колено действуют силы от двух цилиндров. Для упрощения расчёта суммируем их попарно с учётом взаимного расположения цилиндров.

Максимальное тангенциальное усилие от второго цилиндра соответствует ?3=300°, тогда при угле развала между цилиндрами 90° и двухколенном вале под углом 180° значения сил для остальных цилиндров выбираем при углах

?1=300°-180°=120°, ?2= ?1-90°=120°-90°=30°, ?4= ?1-90°=120°-90=30°.

В таблице 4 приведены значения попарно просуммированных тангенциальных и радиальных сил, где PtI=Pt1+2=Pt1+Pt2; PtII=Pt3+4 = Pt3+Pt4; PrI”=Pr1+r2''=Pr1”+Pr2”; PrII”=Pr3+r4''=Pr3”+Pr4”.

Положению вала при наибольшей суммарной тангенциальной силе, действующей на колено, соответствуют: ? =30°; PtI=9186,65Н; PtII = 9191,53Н ; PrI’’=-7888,49Н ; PrII’’=-7895,7H.
Таблица 4 – Значения суммарных тангенциальных и радиальных сил


?

Pt?

Pt??

Pr"?

Pr"??

0

4806,142556

4806,143

-4142,2005

-13309,48744

15

5969,032023

7178,492

-7320,5819

-11250,47317

30

9186,652986

9191,53

-7888,4905

-7895,701543

45

7515,897952

7777,837

-6218,8074

-6432,723279

60

5124,065802

6634,634

-4823,2212

-5462,433263

75

2567,986037

5560,723

-4116,3114

-4489,945004

90

87,02944397

4806,143

-4819,1746

-4142,200549

105

-901,9541246

5969,032

-10220,686

-7320,581865

120

761,863523

9186,653

-14251,76

-7888,490502

135

1167,08269

7515,898

-13992,894

-6218,807418

150

961,8330422

5124,066

-13384,133

-4823,221241

165

528,0931841

2567,986

-13027,401

-4116,311354

180

87,02944397

87,02944

-13986,462

-4819,174621

195

307,5057921

-901,9541

-14150,578

-10220,68632

210

766,7405218

761,8635

-14258,971

-14251,76022

225

1429,021408

1167,083

-14206,81

-13992,89448

240

2472,401369

961,833

-14023,345

-13384,133

255

3520,82995

528,0932

-13401,035

-13027,40101

270

4806,142556

87,02944

-13309,487

-13986,46151

285

7178,49194

307,5058

-11250,473

-14150,57762

300

9191,529985

766,7405

-7895,7015

-14258,97126

315

7777,83667

1429,021

-6432,7233

-14206,81034

330

6634,634129

2472,401

-5462,4333

-14023,34502

345

5560,722803

3520,83

-4489,945

-13401,03466


Определяем напряжения и моменты в опасных сечениях вала, а также реакции опор А и В. Реакции опор вала при максимальной тангенциальной силе в плоскости колен :





в плоскости, перпендикулярной к плоскости колен:

(4.1)

(4.2)

Изгибающий момент в сечении I - I (коренная шейка вала со стороны муфты) в плоскости колена:

(4.3)

в перпендикулярной плоскости:

(4.4)

Результирующий изгибающий момент:

(4.5)

Напряжение от изгиба:

(4.6)

где момент сопротивления

коренной шейки;

d=0,090м – диаметр коренной шейки.

Крутящий момент от двигателя в сечении I – I:

(4.7)

Касательное напряжение кручения:

(4.8)

Сложное напряжение от изгиба и кручения в сечении I – I:

(4.9)

Изгибающий момент в сечении II - II (первая шатунная шейка со стороны муфты) в плоскости колен:

(4.10)

в перпендикулярной плоскости:

(4.11)

Результирующий изгибающий момент:



Напряжение от изгиба:



где момент

сопротивления шатунной шейки;

d=0,092м – диаметр шатунной шейки.

Крутящий момент от двигателя в сечении II – II:

(4.12)

Касательное напряжение кручения:



Сложное напряжение от изгиба и кручения в сечении II – II:

(4.13)

Сложные напряжения от изгиба и кручения для коленча­тых валов холодильных компрессоров в любом сечении не должны превышать 50 МПа. Аналогично проводим расчет и других опасных сечениях, а также для положения вала при наибольшей радиальной силе. Значения моментов и напряжений, определенных в результате расчета, приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Моменты и напряжения при наибольшей тангенциальной и

радиальной силах.


Моменты и напряжения

M'и

М"и





Mкр

?

?

Сечения при Pt=max

1182,221

54,89004

1183,4949

15481142

716,7491

4687851

18098882,66

I - I

-231,363

470,992

524,75002

6864186,7

578,6387

3784549

10218037,88

II - II

-1128,18

1080,094

1561,8563

20430439

578,4485

3783305

21786610,54

III - III

-1782,54

1524,527

2345,5584

30681944

0

0

30681943,91

IV - IV

























Сечения при Pr=max

67,70537

96,22645

117,6586

1539076,8

388,3725

2540125

5308267,643

I - I

35,52019

825,685

826,44868

10810668

218,0171

1425927

11180501,01

II - II

-516,153

1893,488

1962,5779

25672226

474,8212

3105537

26412887,57

III - III

-918,682

2672,612

2826,0986

36967828

0

0

36967828,01

IV - IV


4.1.2. Расчет с учетом влияния переменной нагрузки
При оценке прочности необходимо учитывать как статические, так и циклические нагрузки в наиболее напряженных местах коленчатого вала, имеющих концентраторы напряжений. Пределом выносливости, как известно, называется максималь­ное напряжение, не приводящее к разрушению материала при заданном числе циклов. Для сталей, применяемых в коленчатых валах, предел выносливости при нормальных напряжениях для симметричного цикла при изгибе , при кру­чении , где - предел прочности при растяжении. Амплитуды нормальных и тангенциальных напряжений определяют как полу-разность наибольших и наименьших напряжений;

(4.14)

(4.15)

(4.16)

(4.17)
Определяя запасы прочности по нормальным и каса­тельным напряжениям, влияние концентрации напряжений учитывают с помощью эффективных коэффициентов концен­траций напряжений при изгибе и кручении (рис.18-21,[2. с.56]), влияние абсолютных размеров сечения на снижение предела вы­носливости - с помощью коэффициентов (рис.22,[2. с.58]), влияние асимметрии цикла - с помощью коэффициентов и .

Для сталей коленчатых валов компрессоров ; . Нормальные и касательные напряжения рассчитывают по формулам:

(4.18)

. (4.19)

Из анализа значений коэффициентов концентраций видно, что наибольшая концентрация напряжений создается не смазочным отверстием, а галтелью, расположенной в близи сечения III – III в точке на поверхности сечения, находящейся в плоскости колен. Расчет проводим по нормальным напряжениям от моментов :

(4.20)

Анализ значений реакций опор A’, приведенных в таблице 6, показывает, что наибольшее нормальное напряжение возникает при :

(4.21)

Наименьшее нормальное напряжение возникает при :

(4.22)
Таблица 6 – Значения реакций опор.


A'

B'

A"

B"

A

B

?

6702,099

-2465,18831

1853,48995

1853,48995

6953,671711

3084,24682

0

3820,587

-109,304757

1919,59565

3129,05557

4275,713858

3130,96411

15

2361,443

2354,231551

3541,29295

3546,16995

4256,42654

4256,4924

30

3070,705

2856,788771

2815,69751

3077,63623

4166,218837

4199,17692

45

3743,367

3104,155348

1498,54077

3009,1091

4032,173572

4323,25317

60

3932,026

3558,392802

44,2101221

3036,94689

3932,274984

4678,16264

75

3328,824

4005,798347

-1458,354

3260,75911

3634,262986

5165,16896

90

542,9019

3443,006317

-2520,0564

4350,92974

2577,872517

5548,41258

105

-2106,54

4256,729847

-2369,6295

6055,15989

3170,592142

7401,66943

120

-2452,73

5321,358091

-1557,0509

4791,7643

2905,217218

7160,85589

135

-2466,71

6094,202279

-944,93169

3217,30107

2641,505551

6891,32263

150

-2439,84

6471,247483

-441,23960

1598,65325

2479,419737

6665,78849

165

-2890,7

6276,587729

33,5629246

33,5629246

2890,893996

6276,67746

180

-1298,22

2631,669286

500,952566

-708,50735

1391,522142

2725,37445

195

-99,8942

-92,6831474

297,235486

292,358487

313,5726116

306,69798

210

-145,127

68,7891602

633,912649

371,973931

650,3130062

378,281052

225

-208,828

430,3841446

1431,0385

-79,529829

1446,195098

437,670545

240

115,1271

488,7607777

2303,94313

-688,79363

2306,817764

844,58497

255

482,5751

-194,398935

3345,40688

-1373,7062

3380,033425

1387,39315

270

1979,463

-920,641787

4940,60462

-1930,3815

5322,391047

2138,68047

285

4368,088

-1995,18144

6208,15801

-2216,6314

7590,877488

2982,31521

300

5378,307

-2395,78015

5006,66112

-1342,1541

7347,982081

2746,11367

315

6001,249

-2559,66278

3874,51096

-287,72179

7143,306269

2575,78287

330

6486,996

-2424,09390

2789,39286

749,500004

7061,290707

2537,31778

345



(4.23)





(4.24)

(4.25)



Скручивающий момент в опасном сечении

(4.26)

Анализ значений реакций опор А” по таблице 6 и диаграмме тангенциальных сил показывает, что наибольшее касательное напряжение возникает при :



Наименьшее касательное напряжение возникает при :









(4.27)



При наличии сложного напряженного состояния общий запас прочности:

. (4.28)

Допускаемые значения .

4.1.3 Расчет на жесткость
Прогибы коленчатого вала рассчитываем графоаналитиче­ским методом. Как и в расчете по статическим нагрузкам, при­нимаем, что максимальным прогибам вала соответствуют максимальные силы в цилиндре 3 при ?=30°. Значения просуммированных попарно сил, действующих на первое и второе ко­лена вала, в этом положении приведены в таблице 7. Графическая часть расчета приведена на рисунках 4.2 и 4.3. На схему вала, вычер­ченную в масштабе mx = 0,119 мм/м, наносим, кроме сил и силы инерции противовесов щек. Все силы откладываем в соответствии с принятым правилом знаков.

Находим реакции в опорах:

в плоскости колен



в перпендикулярной плоскости




Таблица 7 – Значения суммарных сил, действующих на вал


Сила, Н

Цилиндры

1и2

3и4

Pr"

-7888,490502

-7895,70154

Pt

9186,652986

9191,52999



Для построения силового многоугольника принимаем по­люсное расстояние Н1 = 0,05м, причем располагаем полюс на одной горизонтали с точкой, из которой откладываются реакции в опорах. Построение проводим в принятом масштабе сил mp = 0,000005м/Н, откладывая поочередно с учетом направления силы и реакции в опорах, начиная с реакции в левой опоре. Начало каждой силы соединим силовыми лучами с полюсом.

Веревочный многоугольник, представляющий в опреде­ленном масштабе эпюру изгибающих моментов, строим после­довательно, проводя прямые, параллельные силовым лучам. Первая прямая проводится от точки пересечения с линией дей­ствия реакции А' до пересечения линией действия следующей силы
  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации