Войти
Проект-Технарь
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:
+7(903) 982 12 16, help@studiplom.ru
Меню


Силовой расчёт отсечного клапана ч.3. - Расчёт составляющих уравнений равновесия

Начало тут...

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:

  1. Величина и направление реакции R1 свидетельствует о правильности выбора пружины поз. 5. Её усилия хватает для преодоления сил трения создаваемых уплотнительными кольцами поз. 7 и поз. 8.
  2. Величины и направления реакции R2, R3, R4, R6 свидетельствуют о правильности выбора значения управляющего давления.
  3. Величина и направление реакции R5 свидетельствует о недостаточности значения управляющего давления для обеспечения герметичности клапана при подачи рабочего давления под золотник.

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

  1. Аврущенко Б. X. «Резиновые уплотнители» - Изд. Химия. Ленинградское отделение. 1978 г.

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