Справ конструктора |
В этом разделе размещены статьи и учебные материалы необходимые для вас расчёты, графики, примеры, чертежи и схемы |
Также на нашем сайте Вы можете скачать дипломную работу, курсовую работу, конструкторскую работу, чертежи |
Наши контакты:
|
|
Расчёт величины силы F1 – усилие предварительного поджатия пружины поз. 3 будем выполнять по методике приведённой в СТ ЦКБА 044-2010 – «Арматура трубопроводная. Пружины винтовые цилиндрические. Методика расчёта».
Считаем жёсткость одного витка пружины по формуле:
c1 = (G · d4) / (8 · D3 · K2) (7) |
Поправочный коэффициент Вуда, рассчитывается по формуле:
K2 = 1 + 1/(2 · i) – 1/(2 · i2) (8) |
Индекс пружины, рассчитывается по формуле:
i = D / d (9) |
Получаем: i = 5,985; К2 = 1,07, с1 = 149,7 Н/мм
Считаем жёсткость всей пружины (с) по формуле:
с = с1 / n (10) |
Получаем жёсткость всей пружины с = 29,94 Н/мм.
Теперь определяем величину силы F1 по формуле:
F1 = с · S1 (11) |
Подставляя значения, получаем величину силы F1 = 449,1 Н.
Расчёт величины силы F2 - сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 7.
Формулу для расчёта силы трения возьмём из книги Аврущенко Б. X. «Резиновые уплотнители».
(12) |
Получаем силу трения F2 = 214 Н.
Рассчитаем напряжения, возникающие на поверхности соприкосновения кольца поз. 7 с уплотняемой поверхностью по формуле из книги Аврущенко Б. X. «Резиновые уплотнители».
(13) |
Получаем σ1 = 1 МПа.
Расчёт величины силы F3 - сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 8.
F3 аналогично F2 и получаем F3 = 88 Н.
Вычисляем напряжения, возникающие на поверхности соприкосновения кольца поз. 8 с уплотняемой поверхностью аналогично σ1 и получаем σ2 = 1МПа.
Расчёт величины силы F2* - сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 7, при наличии управляющего давления.
Кольцо поз. 7 создаёт радиальное уплотнение и оно работает по принципу самоуплотнения и соответственно на поверхности соприкосновения кольца с уплотняемой поверхностью при наличии управляющего давления, напряжения будут равны управляющему давлению, соответственно сила трения возрастёт пропорционально увеличению контактного давления на уплотняемых поверхностях, из этого имеем:
F2* = F2 · Pупр / σ1 (14) |
Получаем силу трения F2* = 1511 Н.
Расчёт величины силы F3* - сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 8, при наличии управляющего давления.
Аналогично расчёту F2* имеем:
F3* = F3 · Pупр / σ2 (15) |
Получаем силу трения F2* = 622 Н.
Расчёт величины силы F4 - так как сильфон поз. 1 находится в свободном состоянии, то есть не испытывает напряжений сжатия или растяжения, то соответственно он не создаёт никакого усилия, F4 = 0 Н.
Расчёт величины силы F5 – усилие пружины сжатой до рабочего положения. Данная величина рассчитывается точно также как F1, отличие только в величине поджатия, которое равно сумме величины предварительного поджатия и рабочего хода клапана:
S2 = S1 + h (16) |
Тогда усилие F5 рассчитывается по формуле:
F5 = с · S2 (17) |
Подставляя значения, получаем величину силы F5 = 688,6 Н.
Расчёт величины силы F6 – сила, создаваемая упругим сильфоном поз. 4, который сжат на величину рабочего хода клапана.
Исходные данные:
Типоразмер сильфона – 28-16-0,16х6 ГОСТ 21744-83;
Жёсткость сильфона составляет с2 = 88 кН/м (в соответствии с ГОСТ 21744-83);
Величина сжатия сильфона S3 = 8 мм.
Сила F6 рассчитывается по формуле:
F6 = с2 · S3 (18) |
Подставляя значения, получаем величину силы F6 = 704 Н.
Расчёт величины силы F7 – сила, действующая на поршень поз. 5 от управляющего давления со стороны полости А.
Усилие F7 это воздействие давления управляющего воздуха со стороны полости А на площадь равную разности площадей окружностей образованных диаметрами герметизирующих колец поз. 7 и поз. 8, соответственно оно равно:
F7 = Рупр · π · (D32 – D42)/4 (19) |
Подставляя значения, получаем величину силы F7 = 15072 Н.
Расчёт величины силы F8 – сила, действующая на поршень поз. 5 от управляющего давления со стороны полости Б.
Усилие F8 это воздействие давления управляющего воздуха со стороны полости Б на площадь равную площади окружности образованной диаметром герметизирующего кольца поз. 7 и соответственно оно равно:
F8 = Рупр · π · D32/4 (20) |
Подставляя значения, получаем величину силы F8 = 18463 Н.
Расчёт величины силы F9 – сила, действующая на сильфон от давления рабочей среды.
Сила F9 рассчитывается по формуле:
F9 = А · PN (21) |
Подставляя значения, получаем величину силы F9 = 8480 Н.
Расчёт величины силы F10 – сила, действующая на золотник, от давления рабочей среды со стороны полости В.
Сила F10 рассчитывается по формуле:
F10 = РN · π · ((D5 + D6)/2)2/4 (22)
Подставляя значения, получаем величину силы F10 = 8125,7 Н.
Расчёт величины силы F11 – сила, действующая на золотник, от давления рабочей среды со стороны полости Г.
Сила F11 рассчитывается по формуле:
F11 = РN · π · ((D5 + D6)/2)2/4 (23) |
Подставляя значения, получаем величину силы F11 = 8125,7.
Сведём все вычисленные величины сил в таблицу 1.
Наименование величины |
Обозначение |
Значение |
Усилие предварительного поджатия пружины |
F1 |
449,1 |
Сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 7 |
F2 |
214 |
Сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 7, при наличии управляющего давления |
F2* |
1511 |
Сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 8 |
F3 |
88 |
Сила трения, создаваемая резиновым кольцом поз. 8, при наличии управляющего давления |
F3* |
622 |
Сила, создаваемая упругим сильфоном поз. 4 |
F4 |
0 |
Усилие пружины сжатой до рабочего положения |
F5 |
688,6 |
Сила, создаваемая упругим сильфоном поз. 4 |
F6 |
704 |
Сила, действующая на поршень поз. 5 от управляющего давления со стороны полости А |
F7 |
15072 |
Сила, действующая на поршень поз. 5 от управляющего давления со стороны полости Б |
F8 |
18463 |
Сила, действующая на сильфон от давления рабочей среды |
F9 |
8480 |
Сила, действующая на золотник, от давления рабочей среды со стороны полости В |
F10 |
8125,7 |
Сила, действующая на золотник, от давления рабочей среды со стороны полости Г |
F11 |
8125,7 |
Сведём уравнения равновесия в таблицу 2 и произведём вычисления
Таблица 2 – Уравнения равновесия
№ |
Уравнение |
Вычисление |
Реакция, Н |
1 |
-F1+F2+F3-F4+R1=0 |
-449,1+214+88-0+R1=0 |
R1 = 147,1 |
2 |
-F5-F2*-F3*-F6+F7-R2=0 |
-688,6-1511-622-704+15072-R2=0 |
R2 = 12954 |
3 |
-F1+F2*+F3-F4-F8+F9-F10+R3=0 |
-449,1+1511+88-0-18463+8480-8125,7+R3=0 |
R3 = 16959 |
4 |
-F5-F2*-F3*-F6+F7+F9-R4=0 |
-688,6-1511-622-704+15072+8480-R4=0 |
R4 = 20026,4 |
5 |
-F1+F2*+F3-F4-F8+F11+R5=0 |
-449,1+1511+88-0-18463+8125,7+R5=0 |
R5 = 9187,4 |
6 |
-F5-F2*-F3*-F6+F7+F9-R6=0 |
-688,6-1511-622-704+15072+8480-R6=0 |
R6 = 20026,4 |
Следующим этап силового расчёта будет проверка условия герметичности клапана в положении 3 и положении 5. Для этого реакции R3 и R5 должны создавать удельные усилия больше удельных усилия необходимых для герметичности клапана рассчитанных по формуле приведённой в стандарте СТ ЦКБА 055-2008 – «Арматура трубопроводная. Затворы арматуры с уплотнением из фторопласта-4 и композиционных материалов. Технические требования и методы крепления уплотнительных колец» (давление в МПа, ширина уплотнительной поверхности в см):
(24) |
Подставляя значения имеем qнеобх.= 56,6 МПа.
Рассчитаем величину удельного давления создаваемой реакцией R3 по формуле:
q1 = R3 / ( π ? (D5 + D6)/2 ? b ) (25) |
Подставляя значения, получаем q1 = 86 МПа и аналогично для реакции R5 q2 = 47 МПа.
Анализируя результаты расчётов, делаем выводы:
Последним этапом проведения силового расчёта является оформление расчёта в соответствии с ГОСТ 2.106-96 – «ЕСКД. Текстовые документы», в который необходимо включить основные разделы «введение», «исходные данные», «расчёт», «выводы». Хотелось бы обратить особое внимание на единицы измерения некоторых величин, а именно силы – это Н и кгс, давления – это Па, МПа, кгс/см2, длины – это м, см, мм, площади – м2, см2, мм2 и так далее. Широко распространённая ошибка в расчётах – не соблюдение едининой системы единиц измерения. Казалось бы, нет ничего проще как использовать, к примеру, систему измерения СИ для проведения расчётов, но исторически так сложилось, что для одних характеристик удобнее использовать одни величины для других другие. Поэтому в расчётах необходимо постоянно держать ухо востро.
Вывод:
Проведение расчётов конструкции кропотливая, трудоёмкая работа, требующая специальной подготовки кадров.
Список литературы
Нормативные ссылки
В настоящей статье использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.106-96 – «ЕСКД. Текстовые документы».
ГОСТ 21744-83 – «Сильфоны многослойные металлические».
СТ ЦКБА 044-2010 – «Арматура трубопроводная. Пружины винтовые цилиндрические. Методика расчёта».
СТ ЦКБА 055-2008 – «Арматура трубопроводная. Затворы арматуры с уплотнением из фторопласта-4 и композиционных материалов. Технические требования и методы крепления уплотнительных колец».
Содержание
Часть 1
Часть 2
Автор статьи Васильев Павел