Д.т.н. Санчугов В.И., К.т.н. Показеев В.П., аспирант Батанов Н.В.

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет, Россия

АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ ДРОССЕЛЯ ПОСТОЯННОГО РАСХОДА

1. Характеристика объекта

Линейный дроссель НУ5810-40М-1 (рис. 1) представляет собой многокамерное лабиринтное сопротивление и предназначается для поддержания постоянного минимального расхода рабочей жидкости в линии нагнетания. В главной камере расположены тонкий сетчатый фильтр 6, создающий защиту каналов лабиринта диаметром 1,1 мм от засорения, упор 7, предупреждающий выдавливание дроссельной катушки 3. При номинальном рабочем давлении 21,0 МПа и расчётном перепаде давления расход жидкости должен быть в пределах 4,2±0,3 л/мин. Материал изготовления дросселя: сталь 30ХГСА, ГОСТ 4543-61,

Рис. 1. Дроссель НУ5810-40М-1

2. Выбор расчётных сечений

Для выбора расчётных сечений, проведём расчёт дросселя в пакете компьютерных программ «Ansys». Для этого необходимо ввести некоторые допущения: деталь разбиваем на конечное число элементов в виде «пирамидок», необходимо упростить (при этом представить менее прочными) некоторые геометрические переходы детали. Результаты расчёта представлены на рис.2, при этом, для удобства восприятия, деталь окрашивается различными цветами, в зависимости от того, какие напряжения действуют в той или иной области, шкала перевода цветового изображения в численные значения напряжения приведена в нижней части

рисунка.

Рис. 2. Суммарные напряжения действующие на корпус дросселя

Рис. 3. Выбранные расчётные сечения дросселя

3. Расчёт по классической теории прочности

Проведём расчёт согласно IV теории прочности. В качестве расчётных сечений выбираем сечение расположения дросселирующего пакета (сечение №1) и штуцера подвода жидкости (сечение №2) (рис. 3). Также проверим переход под прямым углом (сечение №3). Расчёт будем проводить только для корпуса дросселя, т.к. внутреннее содержимое (упор, фильтроэлемент и решётка) дросселя находится в гидростатическом равновесии. По IV теории прочности расчётное напряжение вычисляется по формуле:;

где - окружное напряжение;

- осевое напряжение;

- радиальное напряжение;

Р = 21МПа – рабочее давление;

D_H – наружный диаметр дросселя в расчётном сечении;

D – внутренний диаметр дросселя в расчётном сечении.

Проведя расчёт по вышеуказанным формулам, получили следующие результаты:

Запас прочности сечения «1» равен:

Запас прочности сечения «2» равен:

При оценке усталостной прочности будем использовать методику через расчёт эквивалентного напряжения:

где σ_а – амплитудная составляющая напряжений от колебаний давления;

σ_m – средняя составляющая напряжений от давления;

К_σ = 1,5 – коэффициент концентрации напряжений;

α₁ = α_∞+(1-α_α)e^-λd = 0,733 – масштабный фактор; α₂ = 0,9;

β = 0,8 – коэффициент характеризующий чистоту поверхности детали;

ψ_σ = 0,7 – коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла.

Частота пульсаций давления при которой работает дроссель f=600Гц, наработка в составе гидросистемы самолёта Ту-154 составляет Т=10000 часов (N=2·10¹⁰ циклов), амплитудная составляющая давления Р_а= ±7,5 %.

После проведения расчётов, получен следующий результат:

Запасы прочности равны:

Также проверим расчётом на прочность сечение 3, (рис.3). Данный радиусный переход можно рассчитать как элемент дна гидроцилиндра. По методике проектировочного расчёта рассчитаем толщину стенки:

Из данной зависимости выразим напряжения:

Коэффициент запаса по прочности в этом случае будет равен:

4. Расчёт по альтернативной теории

Методика данного расчёта используется разработчиком (калькодержателем) данного изделия (ОАО «Агрегат», г.Самара), хотя применяется только для стационарных режимов нагружения.

Рассчитаем стенку штуцера (сечение №3, рис.3) как пластину с защемлёнными концами:

где h = 33,5-20-9,5 = 4 мм – толщина вертикальной стенки штуцера;

D = 34 мм – диаметр в расчётном сечении;

– масштабный коэффициент.

Таким образом можем рассчитать :

Коэффициент запаса:

Рассчитаем обечайку штуцера (сечение №1, рис.3). В данном сечении действуют только напряжения растяжения:

Коэффициент запаса:

Аналогично проведём расчёт для сечения «2»:

Запас прочности равен:

Анализ результатов расчёта показывает, что максимальные напряжения будут возникать в штуцере, в месте перехода донышка в обечайку (сечение №3, рис.3). Для данного сечения проведём расчёт на усталостную прочность:

Амплитудная составляющая давления: соответственно максимальное давление а минимальное давление

При напряжения

При напряжения

При напряжения

Таким образом средние напряжения равны а амплитудная составляющая напряжений равна

Предельные напряжения ассиметричного цикла:;

где ;

S₁ = 1 – коэффициент надёжности материала;

S₂ = 1 – требования к надёжности работы изделия;

K₁ = 1 – коэффициент точности расчёта;

- коэффициент концентрации напряжений (r = 0,3 – радиус скругления в сечении №3);

M₁ = 1 – коэффициент проверки детали;

M₂ = 1,25 – масштабный фактор;

T₁ = 1,1 – коэффициент состояния поверхности детали.

Т.о:

принимаем

Коэффициент запаса прочности по усталостным напряжениям в сечении №3:

Сведём полученные значения напряжений в разных сечениях в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициенты запаса прочности в различных сечениях дросселя

№сечения	1	2	3
Запас прочности по классической теории
Запас прочности по альтернативной теории
Запас прочности по программе «Ansys»