прочность5 (Опозитный двурядный компрессор)

Раздел 4. Прочностные расчеты.

4.1. Расчет дискового поршня.

Расчёт производим по [6]

Напряжение в сечении поршня:

τ=z∆/π(r_н+r_i) ;

где z-число ребер; ∆-ширина ребер; r_н = D_п - 2δ, δ-ширина стенки;

r_i-внутренний диаметр поршня;

r_пр= - приведенный радиус.

r_пр= ;

Максимальное напряжение от изгиба

.

Для чугунов не более .

4.3.2. Расчет на прочность стержня шатуна.

Расчёт производим по [6]

Расчет стержня выполняем в наименьшем поперечном сечении шатуна, имеющего форму двутавра (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3. Форма поперечного сечения стержня шатуна.

Геометрические параметры сечения:

Находим площадь сечения:

Определяем момент инерции сечения относительно оси X:

(4.8)

Определяем момент инерции сечения относительно оси Y:

(4.9)

Суммарное напряжение от сжатия и продольного изгиба определяем по формулам Навье-Ренкина:

(4.10)

(4.11)

где Р_сж - максимальная сила сжатия, равная максимальной положительной

шатунной силе, Р_сж = 76,51 кН=76510 Н;

L - длина шатуна, L = 0,05 м.

Коэффициент с находим по формуле:

(4.12)

где σ_упр - предел упругости материала, σ_упр = 630 МПа;

Е - модуль упругости, Е = 2·10⁵ МПа.

Находим напряжение растяжения по формуле:

где Р_р - растягивающая сила, равная наименьшей отрицательной шатунной

силе, Р_р = 81,88 кН=81880 Н.

,для стержня шатуна

Определяем среднии напряжения в поперечном сечении шатуна:

(4.14)

(4.15)

Находим амплитудные напряжения в поперечном сечении шатуна:

(4.16)

(4.17)

Рассчитываем запасы прочности стержня шатуна:

(4.18)

(4.19)

где σ_-1р - предел выносливости материала при растяжении, σ_-1р = 250 МПа;

α_σ - коэффициент, зависящий от характеристик материала, принимается

равным 0,05…0,2 [5], α_σ = 0,15.

Запасы прочности стержня шатуна получились больше допустимых минимальных значений запаса прочности, следовательно стержень шатуна выдержит приложенные к нему нагрузки.

4.3.3. Расчет на прочность верхней головки шатуна.

Расчёт производим по [6]

Расчетная схема верхней головки шатуна представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4. Расчетная схема верхней головки шатуна.

Геаметрические параметры: d₀ = 0,09 м; d_н = 0,15 м; d_вн = 0, 105 м;

L_п.г = 0,08 м. Определяем среднее давление на верхнюю головку шатуна по формуле:

Находим масксимальное напряжение растяжения:

Находим амплитудное напряжение, равное среднему напряжению, по формуле:

Рассчитываем запас прочности верхней головки шатуна:

где К_σ = 1,5 [6].

Запас прочности верхней головки шатуна получился больше допустим- ого минимального значениязапаса прочности, следовательно, верхняя голов- ка шатуна выдержит приложенные к ней нагрузки.

4.3.4. Расчет на прочность кривошипной головки шатуна.

Расчёт производим по [6]

Расчетная схема кривошипной головки шатуна представлена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5. Расчетная схема кривошипной головки шатуна.

Геометрические параметры: F_кр.А = F_кр.В = 0,0042 м²;

F_вт.А = F_вт.В = 0,0006 м²; R₀ = 0,09 м; R_в = 0,0975 м;

R_н = 0,15 м; L_к.г = 0,09 м; L_б = 0,235м.

Опредлеяем силу, действующую на кривошипную головку шатуна:

где r - радиус кривошипа, r = 0,11 м;

ω - угловая скорость коленчатого вала, ω = 52,31 рад/с;

λ_r - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, λ_r = 0,22 м;

m_пос - масса поступательно двищужихся частей, m_пос = 81,958 кг;

m_вр.ш - масса вращающейся части шатуна, m_вр.ш = 11,9 кг;

m_кр.ш - масса крышки шатуна, m_кр.ш = 5,5 кг.

Моменты инерции относительно крышки и втулки:

(4.25)

(4.26)

Находим момент сопротивления:

(4.27)

Определяем изгибающее напряжение верхей разъемной головки шатуна:

(4.28)

Находим момент, cилы:

(4.29)

где М₀ ≈ 0,023·Р·L_б=

Находи силу, действующую на нижнюю часть шатуна:

(4.30)

где N₀ ≈ 0,4·Р=

Определяем изгибающее напряжение нижней части шатуна:

(4.31)

4.3.5. Расчет шатунного болта.

Расчёт производим по [6]

Рис 4.6 Расчётная схема шатунного болта

Конструкция и диаметр болта [6] лежит в пределах

d=(0,18-0,25)d_к.в; d=0,038м.

Рассчитаем болт на растяжение под действием максимальной силы

(4.32)

, (4.33)

где d_вн-внутренний диаметр болта, d_вн =0,036м; z-число болтов,z=2.

По условиям прочности

Определим напряжение при затяжке болта

(4.34)

где К=2,5-4, принимаем К=4

Момент на ключе:

, (4.35)

где для резьбы без покрытия и смазочного материала f_тр=0,2.

4.3.6. Расчет штока.

Расчёт производим по [6]

Для того чтобы выбрать по какому методу рассчитывать шток, определим в соответствии с рис 4.7 L/d (где L-длина штока,L=0,8;d-диаметр штока, d=0,06)

L/d=0,8/0,06=13,3<25 рассичитываем по Ясинскому:

(4.36)

Определим критическую силу:

, (4.37)

где а=469 МПа, в=2,62 МПа для стали 40

Запас усталостной прочности штока:

(4.38)

По рекомендации

Рис 4.7 Расчётная схема штока

4.3.7. Расчёт крейцкопфного пальца.

Расчёт производим по [6]

(4.40)

По рекомендации для поршневых компрессоров двустороннего действия

(4.41)

(4.42)

(4.43)

По рекомендациям для легированных сталей

(4.44)

По рекомендациям .

Рис 4.8 Расчётная схема крейцкопфного пальца.