1. Техническое задание.

Разработать техническую документацию на деталь:

Разработать технологический процесс на изготовление детали:

крыльчатка колеса насоса окислителя ЖРД;

Спроектировать приспособление для токарной обработки:

спроектировать оправку для конечной токарной обработки детали.

Спроектировать инструмент для одной из операций рабочего техпроцесса:

спроектировать протяжку на шлицы для операции «протягивание».

Спроектировать мерительный (контролирующий) инструмент:

спроектировать шаблон для контроля формы лопаток крыльчатки.

Проделанную работу представить в графическом виде (на листах формата А1) и в РПЗ, содержащей основные расчеты и анализ полученных при проектировании результатов.

2. Вводная часть

2.1. Требования, предъявляемые насосам и насосным агрегатам

В качестве объекта проектирования данного курсового проекта была выбрана деталь: крыльчатка колеса насоса окислителя (осевого типа), который является одной из важнейших составных частей ТНА ЖРД.

Сформулируем основные наиболее важные требования к насосным агрегатам ЖРД, состоящим из насосов и двигателей для их привода.

Насосный агрегат должен:

а) надежно обеспечивать беспрерывную подачу необходимого количества компонентов в камеру сгорания под заданным давлением с возможно более высоким КПД;

б) иметь минимальные габаритные размеры и массу, а следовательно, максимально возможную угловую скорость;

в) иметь минимальную стоимость изготовления;

г) обеспечивать устойчивую работу двигателя на всех его режимах;

д) иметь низкий уровень пульсаций и вибраций.

Эти общие требования к насосному агрегату конкретизируются и дополняются в зависимости от назначения и схемы ЖРД. Дополнительные требования уточняются при рассмотрении конкретной системы питания ЖРД. Перечислив общие требования к насосному агрегату, сформулируем дополнительные требования к насосам ЖРД.

Требования к насосам:

Требования к насосам почти целиком определяются такими параметрами двигательной установки, как тяга, давление в камере сгорания, физико-химические свойства компонентов, давление в баках.

Насос должен:

а) быть приспособлен для работы с агрессивными жидкостями, какими являются высококипящие окислители топлив ЖРД (азотная кислота и ее производная – перекись водорода). При работе на окислителях не допустимы трения между деталями насоса, которые приводят к местному нагреву внутренних частей насоса, возгоранию, и даже взрыву насоса. Ввиду этого насосы, в которых имеются трущиеся пары, не пригодны для ЖРД;

б) обладать высокими антикавитационными свойствами, то есть быть работоспособным при малых давлениях на входе. Чем меньше допустимое давление на входе в насос, тем меньше необходимое давление в баке компонента, а это приводит к уменьшению массы бака и уменьшению массы всей двигательной установки;

в) иметь такую зависимость создаваемого напора от расхода жидкости, которая обеспечивала бы устойчивую работу системы питания, как на основных, так и на переходных режимах работы двигателя. При работе насоса должна быть исключена возможность срыва режима или возникновения колебаний параметров насоса (напора, расхода) под влиянием малых случайных отклонений в сопротивлении системы питания;

г) быть способен перекачивать компонент с некоторым содержанием газа или пара. Жидкость может насыщаться газом наддува при длительном хранении и в состоянии невесомости. При перекачке криогенных жидкостей на вход в насос может поступать жидкость с паром.

Специальными техническими требованиями при изготовлении рабочих колес лопастных насосов являются:

а) перпендикулярность оси каналов оси вращения и их симметричность относительно наружных поверхностей боковых дисков;

б) отсутствие биения входного отверстия;

в) чистота поверхностей каналов у колес с фрезерованными лопатками не ниже Rz20 – Rz2.5;

г) дисбаланс от 50-70 г мм. Точность посадочных размеров рабочих колес находится в пределах 2 – 3-го классов.

2.2. Технические условия работы детали в составе ТНА.

Деталь: крыльчатка колеса насоса окислителя.

• Среда, в которой работает колесо – азотная кислота, химическая формула HNO₃.

• Частота вращения  = 5486 [рад/с].

• Кавитационный запас на входе в насос, близкий к минимальному при котором определяется рабочая характеристика, h = 267 [Дж/кг].

• Кавитационный запас на входе в насос, близкий к минимальному при котором напор насоса не зависит от кавитационного запаса на входе в насос, h_кав = 436 [Дж/кг].

• Кавитационный запас при котором насос работает вблизи зоны срыва, h_кр = 108 [Дж/кг].

• Кавитационный коэффициент, С_кр = 3500.

• Расход через насос, Q_кр = 0.00322 [м³/с].

• Напор, Н_к = 1030 [Дж/кг].

• КПД,  = 0.52.

• Температура компонента топлива (окислителя), Т = 283 [К](Т = 10^оС).

3. Определение коэффициента использования материала. Обоснование полученного результата.

Из поделанного расчета видим, что материал используется не эффективно, используется только на 26.2 %, а остальные 73.8 % - уходят в стружку.

Но с другой стороны выбор в качестве заготовки прутка является экономически оправданным решением, так как из-за малых размеров и сложности детали, при мелкосерийном производстве другой тип заготовки не снизил бы существенно затрат на ее изготовление.

То есть, делая деталь из прутка идет потеря материала, в денежном соотношении сопоставимая с затратами получения заготовки для изготовления крыльчатки другими широко известными в машиностроении методами.

4. Обоснование выбора материала детали. Свойства выбранного материала.

В качестве конструкционного материала детали выбрана хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса 07Х16Н6. (ГОСТ 5632-7).

Свойства выбранной стали:

Условия применения выбранной марки стали:

Стали такого класса, применяются главным образом, в агрессивных средах:

• во влажной атмосфере воздуха,

• водопроводной и речной воде,

• в азотной кислоте (HNO₃) и многих других органических кислотах.

Большим достоинством хромоникелевых сталей аустенитного класса является хорошая технологичность в отношении механической обработки и сварки, что определяет возможность использования таких сталей как конструкционного материала.

Области применения выбранной марки стали:

• самолетостроение, ракетостроение,

• машиностроение, приборостроение, судостроение,

• химическая промышленность.

Из сталей данного класса изготовляют: лопатки паровых турбин, рабочие колеса насосов, клапаны, трубопроводы.

Основываясь на вышеперечисленных свойствах, учитывая условия среды, в приходится работать проектируемой детали, а также учитывая некоторые экономические аспекты, рассмотренные выше, можем сделать вывод: для проектируемой детали выбрана одна из наиболее оптимальных марок стали.

5. Маршрутный технологический процесс.

Перечень операций технологического процесса:

6. Рабочий технологический процесс.

005 Операция входного контроля.

Оборудование: а). слесарный стол

б). шаблон допускаемого искривления

в). комплект эталонов состояния поверхности

Т_опер.= 4.1 мин

007 Отрезание заготовки.

Оборудование: абразивно-отрезной станок 8В262.

Режущий инструмент: резец отрезной, материал сталь Р6М5 ГОСТ 18874-73

Мерительный инструмент: штангенциркуль ГОСТ 165-80

Т_опер. = 3 мин

008 Правка заготовки.

Оборудование: пресс И5526.

Т_опер. = 5 мин

010 Токарная обработка.

Оборудование: токарно-винторезный станок 1К62.

Режущий инструмент:

а) резец проходной отогнутый, материал сталь Р6М5 ГОСТ 18868-73

б) резец прямой проходной, материал сталь Р6М5 ГОСТ 18869-73

Мерительный инструмент: штангенциркуль ГОСТ 165-80