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;
DH – 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 σа
– амплитудная составляющая напряжений от колебаний давления;
σm –
средняя составляющая напряжений от давления;
Кσ
= 1,5 – коэффициент
концентрации напряжений;
α1
= α∞+(1-αα)e-λd = 0,733 – масштабный фактор; α2 = 0,9;
β
= 0,8 – коэффициент характеризующий
чистоту поверхности детали;
ψσ
= 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 Ра= ±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» |
|
|
|