Турбина авиационного двухконтурного двигателя

Передняя опора ротора КВД - радиально-упорный шарикоподшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма шарикоподшипника установлена в стакане корпуса передней опоры. В наружной обойме шарикоподшипника выполнены канавки под маслоуплотнительные кольца, а на заднем торце имеется четыре выступа для фиксации от проворота. Во время работы осевая сила, действующая на шарикоподшипник, прижимает наружную обойму шарикоподшипника через регулировочное кольцо к торцу упорного кольца, которое своим фланцем крепится к корпусу. Между корпусом и наружной обоймой шарикоподшипника имеется кольцевая масляная полость, ограниченная маслоуплотнительными кольцами, которая заполняется маслом, образуя масляный демпфер. Он снижает динамические нагрузки, передаваемые от вращающегося ротора на корпус двигателя. Проникновению масла в воздушную полость из масляной полости опоры препятствует радиально-торцовое контактное уплотнение двухстороннего действия, состоящее из колец, распорного кольца и разрезного графитового уплотнительного кольца. Подбором по толщине регулировочного кольца при сборке двигателя получают необходимые осевые зазоры между ротором и статором КВД. Смазка и охлаждение шарикоподшипника осуществляется маслом, подводимым через два трубопровода к двум форсункам. Через жиклёры форсунок масло подводится в кольцевую щель между передним валом ротора КВД и зубчатым ведущим колесом. Далее через отверстия и кольцевую раздаточную канавку в переднем валу ротора, торцовые выборки во внутренней обойме шарикоподшипника масло попадает на беговую дорожку шарикоподшипника под тела качения. Также через жиклер форсунки масло подводится на смазку и охлаждение зубьев ведущего колеса. Одновременно из корпусов форсунок по отверстиям в корпусе масло проникает в кольцевую раздаточную канавку в наружной обойме шарикоподшипника и далее заполняет полость масляного демпфера. Для уплотнения проточной части КВД перед рабочим колесом нулевой ступени на внутреннюю поверхность внутреннего кольца РВНА нанесено прирабатываемое покрытие над гребешками переднего лабиринта ротора КВД.

2.2 РАСЧЕТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Рабочие лопатки осевой турбины являются весьма ответственными деталями газотурбинного двигателя, от надежной работы которых зависит надежность работы двигателя в целом.

При работе авиационного ГТД на рабочие лопатки действуют статические, динамические и температурные нагрузки, вызывая сложную картину напряжений.

Расчет на прочность пера лопатки будем проводить с помощью методики указанной в пособии [3].

Расчет проводим только от действия статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые при вращении ротора, и газовые силы, возникшие при обтекании газом профиля пера лопатки и в связи с наличием разности давлений газа перед и за лопаткой.

Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения, газовые - деформации изгиба и кручения.

Напряжения кручения от центробежных и газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток малы, и ими обычно пренебрегают.

Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.

При расчете лопаток на прочность принимают следующие допущения:

· лопатку рассматривают как консольную балку, жестко заделанную в ободе диска;

· напряжения определяют по каждому виду деформации отдельно (для сильнозакрученных лопаток это допущение несправедливо);

· температуру в рассматриваемом сечении пера лопатки считают одинаковой, т.е. температурные напряжения отсутствуют;

· лопатку считают жесткой, а деформации лопатки под действием силы и моментов пренебрегают;

· предполагают, что деформации лопатки протекают в упругой зоне, т.е. напряжения в пере лопатки не превышают предел пропорциональности;

· температура лопатки турбины изменяется только по длине пера.

Цель расчета на прочность лопатки - определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по длине пера лопатки.

Расчетный режим - режим максимальной частоты вращения ротора при нулевой скорости и нулевой высоте (Н=0, М=0). Этим условиям соответствует взлет.

2.2.1 Исходный данные

Для расчета на прочность лопатки турбины из газодинамического расчета берем исходные данные. Расчетная схема представлена на рисунке 2.2.1

Рисунок 2.2.1.1 - Расчетная схема расчета на статическую прочность пера лопатки авиационной турбины

Для расчета на прочность лопатки турбины из газодинамического расчета берем исходные данные:

- радиус корневого сечения Rк=0,186 м;

- радиус перифирийного сечения Rп=0,2315 м;

- длина лопатки L=0,0455 м;

- частота вращения рабочего колеса n=21545,8 об/мин;

Геометрические параметры профиля лопатки:

- хорда профиля сечения пера:

корневого bк= 0,0214 м;

среднего bср=0,0214 м;

периферийного bпер=0,0214 м;

- максим. толщины профиля в сечениях:

корневом Ск=0,00518 м;

среднем Сср=0,0047 м;

периферийном Спер=0,00424 м;

- максим. стрелы прогиба средних линий профиля в сечениях:

корневом ак= 0,00382 м,

среднем аср= 0,00355 м,

периферийном апер= 0,00345 м,

- углы установки профилей в сечениях:

корневом к=65.46 о=1,1484 рад;

среднем ср=55.7о=0,9772 рад;

периферийном пер=43.85 о=0,7693 рад;

- вынос ц.т. бандажной полки в окружном направлении 0м;

- вынос ц.т. бандажной полки в осевом направлении 0м;

- относительный вынос ц.т. пеpифиpийного сечения пеpа

в окружном направлении 0м;

- относительный вынос ц.т. периферийного сечения пеpа

в осевом направлении 0м;

- материал лопатки: сплав ЖС-32К (на основе никеля);

плотность материала =8200 кг/м3;

- интенсивность газовых сил:

- в окружном направлении на среднем радиусе:

; (2.2.1.1)

- в осевом направлении в корне и на периферии:

; (2.2.1.2)

где - радиус сечения;

- число лопаток;

- плотность газа;

,- осевая составляющая скорости газа перед и за лопаткой, равные 172 и 177 м/с;

W1U, W2U - окружные составляющие относительной скорости газа перед и за лопаткой равные 614,98 и 580,1 м/с;

- давление газа перед и за лопаткой, равные соответственно и Па.

Н/м;

Н/м;

Н/м;

2.2.2 Определение температуры лопатки турбины

Знать температуру лопатки турбины в различных ее сечениях необходимо для установления предела длительной прочности.

В связи передачей тепла от лопатки в диск, теплопроводностью температура ее примерно на одной трети длины у корня существенно уменьшается. Обычно температура лопатки в корневом сечении составляет: .

Приближенно можно считать, что на двух третях длины лопатки температура постоянна, а на одной трети (у корня) изменяется по закону кубической параболы:

, (2.2.2.1)

где L - длина профильной части пера лопатки;

Х - расстояние от корневого сечения лопатки до расчетного

(Х).

Разбиваем перо лопатки на 10 равных частей и получаем 11 сечений - от первого (корневого) до одиннадцатого (периферийного).

Температуру охлождаемой лопатки на среднем радиусе принимаем :

tлс=1040 К.

Температура лопатки в корневом сечении составляет:

tлк=tлс-100К=1040-100=940 К.

Для каждого сечения лопатки определяем температуру (рисунок 2.2.2.1). Зная температуру в сечении лопатки, определяем предел длительной прочности в каждом сечении. Результаты заносим в таблицу 2.2.2.1.

Рисунок 2.2.2.2 - Распределение температуры по высоте лопатки

Таблица 2.2.2 - Параметры материала по сечениям лопатки

№	1-1	2-2	3-3	4-4	5-5	6-6	7-7	8-8	9-9	10-10
X, мм	0,00455	0,0091	0,01365	0,0182	0,02275	0,0273	0,03185	0,0364	0,04095	0,0455
Т, ?С	1005,697	1033,59	1039,89	1040	1040	1040	1040	1040	1040	1040
удл,МПа	763	733	723	720	720	720	720	720	720	720

2.2.3 Статический расчет лопатки турбины на ЭВМ

Расчет лопатки турбины на прочность выполняем с помощью программы STATLOP.EXE. Исходные данные вводим в диалоговом режиме, результаты занесены в файл RSL.REZ.

Результаты расчета приведены в таблице 2.2.3. По результатам расчета строим график изменения суммарных напряжений по высоте лопатки (рисунок 2.2.3.1).

По результатам расчета определяем максимальное суммарное напряжение и находим коэффициент запаса прочности.

Строим график изменения коэффициентов запаса прочности по высоте лопатки в расчетных точках (рисунок 2.2.3.2).

Таблица 2.2.3 - Расчет на прочность пера рабочей лопатки турбины

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЕРА

РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)

-----------------------------------------------------------------------------

ВЫПОЛНИЛ(А) : Seliverstov

УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: турбина МАТЕРИАЛ: GS-32

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

GT= 2.000000 CL= 4.550000E-02 RK= 1.860000E-01 RP= 2.315000E-01

VP= 0.000000E+00 UPP= 0.000000E+00 APP= 0.000000E+00

EN= 21545.800000 AA= 0.000000E+00 AU= 0.000000E+00 PU= 1303.340000

PAK= 4989.580000 PAP= 6210.150000 RO= 8200.000000

B= 2.140000E-02 2.140000E-02 2.140000E-02

D= 5.180000E-03 4.700000E-03 4.240000E-03

AP= 3.820000E-03 3.550000E-03 3.450000E-03

AL= 1.148400 9.772000E-01 7.693000E-01

SPT= 763.000000 733.000000 723.000000 720.000000

720.000000 720.000000 720.000000 720.000000

720.000000 720.000000 720.000000

Результаты расчета на прочноcть пера лопатки

N X F Jmin Spakt SизгA SизгB SизгC

m m^2 m^4 МПа МПа МПа МПа

1 .00000 .768E-04 .188E-09 358.661 81.201 26.140 -66.299

2 .00455 .753E-04 .175E-09 329.672 69.879 24.983 -58.484

3 .00910 .739E-04 .166E-09 299.087 58.738 23.256 -50.135

4 .01365 .725E-04 .158E-09 267.055 47.878 20.816 -41.582

5 .01820 .711E-04 .150E-09 233.570 37.467 17.734 -33.042

6 .02275 .697E-04 .143E-09 198.607 27.723 14.174 -24.776

7 .02730 .683E-04 .136E-09 162.125 18.910 10.370 -17.092

8 .03185 .670E-04 .130E-09 124.079 11.339 6.629 -10.345

9 .03640 .656E-04 .123E-09 84.416 5.374 3.332 -4.939

10 .04095 .642E-04 .117E-09 43.077 1.433 .938 -1.324

11 .04550 .629E-04 .111E-09 .000 .000 .000 .000

N SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc

[МПa] [МПa] [МПa]

1 439.862 384.802 292.362 1.735 1.983 2.610

2 399.551 354.655 271.188 1.835 2.067 2.703

3 357.825 322.344 248.952 2.021 2.243 2.904

4 314.933 287.871 225.472 2.286 2.501 3.193

5 271.038 251.305 200.528 2.656 2.865 3.591

6 226.329 212.780 173.831 3.181 3.384 4.142

7 181.034 172.495 145.033 3.977 4.174 4.964

8 135.418 130.708 113.734 5.317 5.508 6.331

9 89.790 87.747 79.477 8.019 8.205 9.059

10 44.511 44.015 41.753 16.176 16.358 17.244

11 .000 .000 .000************************

Рисунок 2.2.3.1 - Распределение суммарных напряжений по высоте лопатки

Рисунок 2.2.3.2 - Распределение коэффициентов запаса прочности по высоте лопатки

Вывод: результате статического расчета лопатки на прочность были получены значения изгибных напряжений, растяжения, и суммарных эквивалентных напряжений.

Наиболее нагружено корневое сечение входной кромки лопатки.При использовании сплава ЖС-32 коэффициент запаса составил минимальное значение К=2,6, что является допустимым по нормам прочности.

2.3 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ФОРМЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель расчета - определение частоты собственных колебаний рабочей лопатки ТВД, и анализ частотной диаграммы для проверки отсутствия резонансных режимов в рабочей области частот вращения ротора.

Расчет динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки будем проводить с помощью методики указанной в пособии [3].

2.3.1 Исходные данные

Исходные данные для расчета:

- геометрия рабочей лопатки;

- характеристики конструкционного материала ЖС32;

- диапазон рабочих частот вращения ротора двигателя.

Так как существенное влияние на свойства конструкционного материала оказывает неравномерность температур по высоте лопатки, для подробного их описания строим зависимость модуля упругости Е от температуры. Найденные значения заносим в таблицу 2.3.1.

Таблица 2.3.1 - Свойства материала составных элементов материала

№	1-1	2-2	3-3	4-4	5-5	6-6	7-7	8-8	9-9	10-10
Т, ?С	1005,697	1033,59	1039,89	1040	1040	1040	1040	1040	1040	1040
Е,Па	163200	158600	156700	156200	156200	156200	156200	156200	156200	156200

2.3.2 Расчет динамической частоты

Расчет проводим на ЭВМ с помощью программы Dinlop.exe.

Результаты расчета приведены в таблице 2.3.2.

Таблица 2.3.2 - Расчет динамической частоты 1 формы изгибных колебаний

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ - 1 ФОРМЫ

ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ РЕЛЕЯ

----------------------------------------------------------------

ВЫПОЛНИЛ(А) : Seliverstov

УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: турбина МАТЕРИАЛ: GS-32

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

E= 163200.000000 158600.000000 156700.000000 156200.000000

156200.000000 156200.000000 156200.000000 156200.000000

156200.000000 156200.000000 156200.000000

PO= 8400.000000 VP= 0.000000E+00 RP= 0.000000E+00

XP= 0.000000E+00 RK= 1.860000E-01 L= 4.550000E-02

FK= 7.680000E-05 FC= 6.970000E-05 FP= 6.290000E-05 JK= 1.880000E-10

JC= 1.430000E-10 JP= 1.110000E-10 NSM= 359.097000EPS= 1.000000E-03

Q0= 1.600000 Q1= 2.500000

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

Q NS [об/с] F1 [1/с]

1 1.76649100 .0 2071.4810

2 1.76649100 35.9 2044.5230

3 1.76649100 71.8 2039.6300

4 1.76618900 107.7 2048.6320

5 1.76594200 143.6 2065.6270

6 1.76537200 179.5 2087.2720

7 1.76473400 215.5 2113.4240

8 1.76418500 251.4 2143.9150

9 1.76347100 287.3 2178.5620

10 1.76259300 323.2 2217.1660

11 1.76154900 359.1 2259.5230

2.3.3 Построение частотной диаграммы

По данным таблицы 2.3.2 строим зависимость fд = f(nс).

Для построения частотной диаграммы необходимо нанести на график диапазон рабочих частот вращения двигателя от оборотов малого газа до максимальных оборотов. За частоту вращения ротора на режиме малого газа принимаем для ТРДД

. (2.3.3.1)

Для определения резонансных режимов работы двигателя с учетом принятого масштаба наносим на этот же график частоты возбуждающих сил, кратные частоте вращения ротора:

. (2.3.3.2)

где k - порядок гармоник возбуждающих сил;

nc - частота вращения ротора.

Пересечение линий частот собственных колебаний с частотами возбуждающих сил, на частотной диаграмме (рисунок 2.3.3), показывает резонансные режимы работы двигателя.

Рисунок 2.3.3 - Частотная диаграмма

Вывод: в результате проведения расчёта получены значения динамических частот первой формы изгибных колебаний лопатки компрессора, возможных при вращении ротора компрессора на различных оборотах работающего двигателя.

Построена частотная диаграмма, из которой видно, что в рабочем диапазоне частот вращения ротора турбокомпрессора (от nмг до nmax) резонанс не возникает.

2.4 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДИСКА ТУРБИНЫ

Диски турбин - это наиболее ответственные элементы конструкций газотурбинных двигателей. От совершенства конструкций диска зависит надежность, легкость конструкций авиационных двигателей в целом.

Диски находятся под воздействием инерционных центробежных сил, возникающих при вращении от массы рабочих лопаток и собственной массы дисков. Эти силы вызывают в дисках растягивающие напряжения. От неравномерного нагрева дисков турбин возникают температурные напряжения, которые могут вызывать как растяжения, так и сжатие элементов диска.

Кроме напряжений растяжения и сжатия, в дисках могут возникать напряжения кручения и изгиба. Напряжения кручения появляются при передачи диском крутящего момента, а изгибные - возникают под действием разности давлений и температур на боковых поверхностях дисков, от осевых газодинамических сил, действующих на рабочие лопатки, от вибрации лопаток и самих дисков, под действием гироскопических моментов, возникающих при эволюциях самолета.

Из перечисленных напряжений наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил собственной массы диска и лопаточного венца, а также температурные. Напряжения кручения обычно и в расчетах не учитываются. Напряжения изгиба зависят от толщины диска и способа соединения дисков между собой и с валом и могут быть значительными лишь в тонких дисках.

Для оценки напряженности диска расчет ведут в предположении его упругого состояния. Однако в некоторых случаях напряжения могут превосходить пределы упругости и текучести материала, в результате чего деформации наиболее нагруженных участков диска будут иметь пластический характер. Кроме того, при высоких температурах существенное влияние на прочность диска может оказать ползучесть его материала. В этих случаях расчет на прочность диска должен выполняться с учетом пластической деформации и ползучести.

Расчет на прочности диска турбины будем проводить с помощью методики указанной в пособии [3].

При расчете на прочность принимаются следующие допущения:

· диск считается симметричным относительно срединной плоскости, перпендикулярной оси вращения;

· диск находится в плосконапряженном состоянии;

· температура диска меняется только по его радиусу и равномерна по толщине;

· напряжения на любом радиусе не меняются по толщине;

· наличие отверстий и бобышек на диске не принимается во внимание.

Цель расчета на прочность диска - определение напряжения и запасов прочности в различных сечениях по радиусу диска.

2.4.1 Исходные данные

Расчет диска методом конечных элементов основан на приближенном расчете системы дифференциальных уравнений путем замены входящих в них дифференциалов конечными разностями.

Для расчета диск разбиваем на 16 сечений (рисунок 2.4.2), которые нумеруем от 0 до 15. Геометрические параметры диска заносим в таблицу 2.4.3.

Диск изготовлен из сплава ЭИ-698-ВД.

Напряжения от центробежных сил лопаток и замковой части обода может быть определено для случая, когда лопатки и диск изготовлены из одного материала с одинаковой плотностью, по формуле:

, (2.4.1.1)

где z = 81 - число лопаток;

= 358,661 МПа - напряжение в корневом сечении лопатки от растяжения центробежными силами;

Fк = 0,768·10-3 м2 - площадь корневого сечения лопатки;

с = 8400 кг/м3 - плотность материала диска и лопатки;

f = bk·lf = 0,0194·0,01517 = 2,94·10-4 м2 - площадь радиального сечения разрезной части обода диска;

lf = 0,01517 м - высота разрезной части диска;

Rf = 0,1784 м - радиус центра тяжести площади f;

Rk = 0,17083м - наружный радиус неразрезного обода диска;

bk = 0,0194м - ширина обода диска на радиусе RK;

n = 21545,8 об/мин - частота вращения диска;

= рад;

=127,95МПа

Коэффициент Пуассона м = 0,3.

2.4.2 Основные расчетные уравнения для определении упругих напряжений в диске от центробежных сил и неравномерного нагрева

Для расчета диска на прочность используем два дифференциальных уравнения:

, (2.4.2.1)

, (2.4.2.2)

где и - радиальные и окружные нормальные напряжения;

- текущие значения толщины и радиуса диска;

- угловая скорость вращения диска;

- плотность материала диска;

- модуль упругости материала диска;

- коэффициент Пуассона;

- коэффициент линейного расширения материала диска;

- температура элемента диска на радиусе.

Точные решения дифференциальных уравнений могут быть получены только для ограниченного числа профилей, поэтому применяем приближенный метод определения напряжений в диске - метод конечных разностей. Расчет диска этим методом основан на приближенном решении системы дифференциальных уравнений путем замены входящих в них дифференциалов конечными разностями.

Для расчета диск разбиваем на сечения, которые нумеруются от 0 до k. Число расчетных сечений - не менее 8…9. Нулевое сечение для диска с центральным отверстием проводится на радиусе отверстия

При выборе расчетных сечений для обеспечения необходимой точности расчета , для первых двух - трех сечений, необходимо соблюдать два условия:

; .

Рисунок 2.6 - Геометрические параметры диска и его расчетные сечения

2.4.3 Определение температуры диска

Сплав: ЭИ-698-ВД; =8200кг/м3; tлк =1040?С;

При расчете данного диска необходимо учитывать распределение температуры по радиусу и ее влияние на упругие свойства, прочность материала. Изменение температуры по радиусу зависит от интенсивности охлаждения диска, коэффициента теплопроводности материала диска, конструктивных особенностей диска.

Температура диска на наружном диаметре tк определяется через температуру в корневом сечении лопатки и тепловое сопротивление в замке по формуле:

. (2.4.3.1)

Величина для охлаждаемых лопаток может быть принята равной 100.

Тогда

?С.

Разность температур обода и центра диска (tk- t0) для охлаждаемых лопаток на режиме nmax составляет 200?С. Следовательно, t0 = 740?С.

Для дисков с центральным отверстием температура диска в расчетном сечении определяется по формуле:

, (2.4.3.2)

где tR -температура на расчетном радиусе;

t0 - температура диска на радиусеR0;

tк - температура диска на наружном диаметре;

R - расчетный радиус;

R0 -радиус центрального отверстия;

RК - наружный радиус диска;

Принимая перепад температуры на диске =100?С, получим формулу для расчета температур в сечениях диска:

.

Результаты расчета заносим в таблицу 2.4.3.

По полученным температурам в сечениях диска необходимо определить модуль упругости, коэффициент температурного расширения и предел длительной прочности.

Таблица 2.5 - Геометрические и физические параметры диска

№	R,м	b,мм	T,C	E*10^5,Мпа	АL*10^(-5)	Gдл.,Мпа
1	0,0496	0,098	840	1,500	1,320	877
2	0,0536	0,0975	840,10	1,499	1,325	877,4
3	0,0579	0,0812	840,5	1,497	1,329	877
4	0,0626	0,0677	841,2	1,491	1,330	876,7
5	0,0677	0,0564	842,3	1,487	1,335	875,5
6	0,0732	0,047	843,8	1,482	1,337	869,4
7	0,0791	0,0391	846	1,472	1,340	867,1
8	0,0855	0,0326	848,9	1,463	1,345	865,2
9	0,0924	0,0272	852,6	1,460	1,348	864,5
10	0,0998	0,0227	857,4	1,458	1,350	863,3
11	0,1079	0,0189	863,5	1,457	1,356	861,2
12	0,1166	0,0158	870,9	1,456	1,358	860
13	0,126	0,0180	880,3	1,455	1,360	852,5
14	0,1362	0,0194	891,7	1,433	1,365	849,5
15	0,1472	0,0194	905,7	1,400	1,379	840
16	0,170	0,0194	940	1,350	1,380	820

2.4.4 Расчет диска на прочность на ЭВМ

Расчет проводим с помощью программы disk_112.exe. Результаты расчета приведены в таблице 2.6. По результатам расчета построены графики изменения напряжений (рисунок 2.7) и коэффициента запаса прочности по высоте диска (рисунок 2.8).

Таблица 2.6 - Расчет на прочность диска турбины

РАCЧЕТ НА ПРОЧНОCТЬ ДИCКОВ

КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН

*******************************************************************

ВЫПОЛНИЛ(А) : Seliverstov

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

DP= 0 DT= 1

Частота вращения = 21545.8 об/мин

Количество расчетных сечений = 16

Количество скачков на контуре = 0

Контурная нагрузка = 127.950 МПа

AZ= 0 BZ= 0 NZ= 1 QZ= 0

Коэффициент Пуассона = .30

R( 1)= .0496 R( 2)= .0536 R( 3)= .0579 R( 4)= .0626

R( 5)= .0677 R( 6)= .0732 R( 7)= .0791 R( 8)= .0855

R( 9)= .0924 R(10)= .0998 R(11)= .1079 R(12)= .1166

R(13)= .1260 R(14)= .1362 R(15)= .1472 R(16)= .1708

B( 1)= .0980 B( 2)= .0975 B( 3)= .0812 B( 4)= .0677

B( 5)= .0564 B( 6)= .0470 B( 7)= .0391 B( 8)= .0326

B( 9)= .0272 B(10)= .0227 B(11)= .0189 B(12)= .0158

B(13)= .0180 B(14)= .0194 B(15)= .0194 B(16)= .0194

Плотность материала = 8400.00

T( 1)= 840.00 T( 2)= 840.10 T( 3)= 840.50 T( 4)= 841.20

T( 5)= 842.30 T( 6)= 843.80 T( 7)= 846.00 T( 8)= 848.90

T( 9)= 852.60 T(10)= 857.40 T(11)= 863.50 T(12)= 870.90

T(13)= 880.30 T(14)= 891.70 T(15)= 905.70 T(16)= 940.00

E( 1)= 150000.0 E( 2)= 149900.0 E( 3)= 149700.0 E( 4)= 149100.0

E( 5)= 148700.0 E( 6)= 148200.0 E( 7)= 147200.0 E( 8)= 146300.0

E( 9)= 146000.0 E(10)= 145800.0 E(11)= 145700.0 E(12)= 145600.0

E(13)= 145500.0 E(14)= 143300.0 E(15)= 140000.0 E(16)= 135000.0

AL(K)= 1.320000E-05 1.325000E-05 1.329000E-05 1.330000E-05

1.335000E-05 1.337000E-05 1.340000E-05 1.345000E-05

1.348000E-05 1.350000E-05 1.356000E-05 1.358000E-05

1.360000E-05 1.365000E-05 1.379000E-05 1.380000E-05

SDL( 1)= 877.50 SDL( 2)= 877.40 SDL( 3)= 877.00

SDL( 4)= 876.70 SDL( 5)= 875.50 SDL( 6)= 869.90

SDL( 7)= 867.10 SDL( 8)= 865.20 SDL( 9)= 864.50

SDL(10)= 863.30 SDL(11)= 861.20 SDL(12)= 860.00

SDL(13)= 852.50 SDL(14)= 849.50 SDL(15)= 840.00

SDL(16)= 820.00

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

I R(I),M B(I),M SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP

1 .0496 .0980 .00 714.34 714.34 1.2

2 .0536 .0975 50.74 647.70 623.88 1.4

3 .0579 .0812 99.15 593.29 550.45 1.6

4 .0626 .0677 146.32 550.39 493.77 1.8

5 .0677 .0564 192.62 511.68 447.61 2.0

6 .0732 .0470 237.76 484.52 419.63 2.1

7 .0791 .0391 282.67 461.25 402.83 2.2

8 .0855 .0326 326.59 441.41 396.67 2.2

9 .0924 .0272 369.55 430.54 403.52 2.1

10 .0998 .0227 411.92 424.52 418.36 2.1

11 .1079 .0189 453.93 416.03 436.22 2.0

12 .1166 .0158 492.85 414.34 458.66 1.9

13 .1260 .0180 379.98 367.38 373.84 2.3

14 .1362 .0194 304.94 313.54 309.33 2.7

15 .1472 .0194 253.80 247.15 250.54 3.4

16 .1708 .0194 127.95 138.34 133.45 6.1



Рисунок 2.7 - Распределение напряжений по высоте диска

Рисунок 2.8 - Изменение коэффициента запаса прочности по высоте диска

Вывод: в результате расчета получены значения напряжений и коэффициента запаса прочности по высоте диска. При расчете учитывалось изменение температуры по высоте диска.

Минимальный запас прочности к=1,2 на поверхности отверстия и в месте перехода толщин.

Минимальный коэффициент запаса удовлетворяет требованиям прочности, предъявляемым к дискам турбин.

Из проделанного расчета видно, что для 75% материала диска коэффициент запаса не превышает значения 2,2 и не опускается ниже значения 1,2, что говорит об удачном совмещении в конструкции диска экономии материала и массы с надежной работой на всем сроке эксплуатации.

2.5 РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ

Кожух камеры сгорания рассчитывают на прочность для максимального внутреннего давления газов (режим работы двигателя при полете у земли с максимальной скоростью в зимних условиях при ).

Исходные данные:

- материал - Сталь 12Х18Н9Г (;);

- давление на входе в КС ;

- давление во втором контуре;

- давление в рабочей полости ;

- наибольший диаметр наружного кожуха ;

- наибольший диаметр внутреннего кожуха ;

- длина тракта КС ;

- толщина стенки .

Рисунок 2.9 - Расчетная схема камеры сгорания

Геометрические размеры проточной части камеры сгорания взяты из КП по курсу ТВРД.

2.5.1 Определение напряжения растяжения

Под влиянием внутреннего давления воздуха стенки наружного кожуха КС испытывают внутренние напряжения растяжения. Внешнее напряжение создается за счет внешнего давления во втором контуре двигателя. Учитывая, что канал второго контура - энергоизолированный, пренебрегаем потерями и принимаем давление в нем равным давлению за КНД.

Приближенный расчет выполняют в предположении, что разрыв кожуха камеры может произойти по образующей. Напряжение растяжения в стенке:

Полученное значение напряжения растяжения соответствует допустимому диапазону

Кожухи камер имеют сварные швы, прочность которых всегда ниже прочности основного материала. Поэтому при сварке КС швы располагают под таким углом к образующей, при котором обеспечивается равнопрочность всей оболочки.

2.5.2 Расчет кожуха КС на устойчивость

Основными нагрузками, по причине которых может произойти потеря устойчивости, для авиационного ГТД являются внешнее давление, кручение, осевое сжатие и осевой изгиб.

При проведении расчета на устойчивость считаем оболочки цилиндрическими, подкрепленными ребрами жесткости. Для таких оболочек возможно два вида потери устойчивости: местная потеря устойчивости (выпучивание участков оболочки, заключенных между подкрепляющими ребрами), и общая потеря устойчивости оболочки (вместе с подкрепляющими ребрами).

Длина оболочки удоволетворяет условию:

, где

;

.

Условия выполняется, следовательно, можно расчитывать оболочку как оболочку «средней длины»

Минимальное критическое давление (при ):

Запас устойчивости оболочки:

Устойчивость оболочки зависит от ее протяженности. Чем выше расстояние, тем меньше запас устойчивости на данном интервале. Поэтому определим запас устойчивости оболочке на всей длине кожуха камеры сгорания.

Вывод: Внутренний кожух камеры сгорания имеет достаточный запас устойчивости на наиболее протяженном участке. Следовательно, достаточными запасами устойчивости должны обладать и менее протяженные участки тракта камеры сгорания. Необходимости в укреплении их оболочек дополнительными ребрами нет с точки зрения устойчивости конструкции. Нагрузка от напряжения растяжения на наружный корпус находится в допустимых пределах.

2.5 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЗАМКА ЛОПАТКИ “ЕЛОЧНОГО” ТИПА

Расчет на прочность замка состоит из расчета замковой части лопатки и замковой части обода диска.

Методика упрощенных расчетов дает возможность провести сравнительный анализ прочности замков. За расчетный случай обычно принимают режим максимального числа оборотов ротора двигателя при максимальном расходе воздуха (у земли).

Трудность расчета связана со сложностью их конфигурации, вызывающей неравномерность распределения напряжений, и со сложным характером нагружения замка статическими и динамическими силами и моментами сил.

Допускаемые напряжения для каждого типа замка устанавливаются на основании статистики по указанным напряжениям в ранее изготовленных и успешно отработавших заданный ресурс ГТД.

При упрощенных расчетах замков обычно принимают во внимание лишь нагружение элементов центробежными силами масс пера и хвостовика лопатки. Действием на лопатку газового потока, инерционными силами пера, трением хвостовика в пазе - пренебрегают.

Таким образом, методика упрощенных расчетов замковых соединений имеет следующие допущения:

· на замок действует только центробежная сила лопатки;

· центробежная сила лопатки и центробежная сила хвостовика лопатки направлены по одному радиусу, проходящему через центр тяжести лопатки;

· центробежная сила лопатки распределяется между опорными площадками замкового соединения пропорционально величинам их контактирующих поверхностей.

2.5.1 Исходные данные

Для расчета необходимы следующие данные:

- материал: ЖС-32;

- плотность материала: 8400кг/м3;

- число оборотов турбины: 21545,8 об/мин;

- угол наклона контактной площадки: ц = 45о;

- угол клина замка: 2б = 36о;

- напряжение растяжения в лопатке у корня: 358,661 МПа;

- площадь корневого сечения лопатки: 0,768·10-4 м2.

У правильно спроектированного замка напряжения смятия, изгиба и среза на всех зубьях должны быть одинаковыми.

Учитывая, что целью проверочного расчета является проверка правильности создания замка лопатки, расчет следует выполнять для всех зубьев.

Напряжения растяжения в различных сечениях хвостовика лопатки и гребня диска отличается по своим значениям.

Эскизы совмещенных хвостовиков пары лопаток, гребня диска и зуба хвостовика приведены на рисунке 2.5.1.1, рисунке 2.5.1.2 и рисунке 2.5.1.3 соответственно.



Рисунок 2.5.1.1- Хвостовик лопатки

Рисунок 2.5.1.2 - Зуб хвостовика лопатки

2.5.2 Порядок выполнения расчета

1. Определяем центробежную силу пера лопатки:

Pцб.п. = урк·Fк = 358,661·106·0,768·10-4=27,55 кН;

2. Определяем центробежную силу хвостовика лопатки:

Pцб.х. = mx·Rц.т.х.·щ2 =0,0053·0,170·2255,132 = 4,562 кН;

где mx = Vх ·с =0,6283·10-6 ·8400=0,0053 кг - масса хвостовика лопатки;

объем хвостовика найдем как объем треугольной призмы:

V= h·S= 15,17·11,292/tg72є = 628,3 мм3 = 0,6283·10-6 м3;

Rц.т.х = 170 мм - радиус центра тяжести хвостовика.

Считаем, центр тяжести лежит на одной третьей от высоты замка лопатки;

щ - угловая скорость вращения диска;

щ = =2255,13 рад/с;

3. Определяем полную центробежную силу лопатки, учитывая, что в один замковый паз диска устанавливается две лопатки:

Рцб.л. = 2·Рцб.п +Рцб.х. = 2·27,55+4,562=59,662 кН;

4. Определяем нагрузку на один зуб. Так как ширина полос контакта у всех зубьев одинакова, то нагрузка Рi для ''i'' зуба определяется из выражения:

; где z=3 - число зубьев на одной стороне замка;

5. Определяем напряжения смятия на контактных площадках

каждого зуба:

; где bk - ширина обода диска;



6.Определяем напряжения изгиба зубьев:

;

7. Определяем напряжения среза зубьев:

,

где h(1)- высота зуба у конца контактной поверхности.

8.Определяем напряжения растяжения в перемычке хвостовика лопатки:

;



Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении I:

Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении II:

Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении III:

9.Определение напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины:

.

Центробежная сила , действующая на элементы гребня обода диска:



где - центробежная сила, действующая на первый элемент гребня обода диска, (Н);

- геометрические размеры первого сечения гребня обода диска, (мм);

- угол наклона плоскости контакта зуба гребня ().

Напряжения растяжения в сечении гребня “n” обода диска определяются из выражения:

Напряжения растяжения в сечении гребня “n” обода диска:

В качестве предельно допустимых напряжений для материала лопатки принимаем:



Определим запасы прочности в элементах хвостовика лопатки:

Таблица 2.11 - Величины коэффициентов запаса прочности

№ сеч.				(хвостовик)	(гребень)
I	4,69	2,01	4,53	5,85	9,7
II	4,69	2,01	4,53	8,44	6,4
III	4,69	2,01	4,53	4,06	5,2

Вывод: в результате расчета были получены напряжения смятия, изгиба, среза и растяжения в замке лопатки и напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины.

Напряжения смятия, изгиба и среза во всех сечениях одинаковые. Это связано с постоянством ширины замка и одинаковой геометрией зубьев.

Результаты расчетов показали, что все напряжения лежат в допускаемых пределах. Самые опасные из них действуют в районе зуба, следовательно, прочность узла крепления определяет прочность зуба хвостовика лопатки.

3. Технологическая часть

3.1 РАЗРАБОТКА ПЛАНА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ АД

3.1.1 НАЗНАЧЕНИЕ ДЕТАЛИ, КОНСТРУКЦИЯ, УСЛОВИЯ РАБОТЫ

Фланец применяют для присоединения трубопроводной арматуры (задвижки, клапаны, затворы, фильтры и пр.) к трубопроводам, соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединения трубопроводов к различному оборудованию (насосы, ёмкости, реакторы, теплообменники и пр.) На различном оборудованиии, имеющем фланцевые соединения, фланцы выполняются заодно с основной деталью и представляют из себя плоский диск с отверстиями под болты или шпильки.

Форма поверхности преимущественно цилиндрическая. Конструкция детали не сложна в изготовлении. Особенностями конструкции есть 15 отверстий которые расположены под углом относительно друг друга 24 градусов что означает что надо разрабатывать новое станочное приспособление для сверление например кондуктор для сверления с делительным механизмом. Также на детали расположена канавка под выход шлифовального круга которая выполнена очень точно. Внутренняя проточка также выполненная точно с радиусом скругления 1 см, что означает что будет использоваться специальный расточной резец. Особо точными являются поверхности которые выполнены по 6 - квалитету точности это поверхность шероховатость данной поверхности Ra 0,63, также по 6 квалитету выполнена поверхность но с шероховатостью Ra 1,25. При разработке технологического процесса трудностей при выполнении операций не возникает, так так они простые, просто обработка ведется ответственно и точно.

Так как фланец это деталь присоединительная, то требование к ней высокие. В целом можно сказать, что условия работы не являются тяжелыми. Хотя необходимо обеспечить высокую точность в изготовлении детали чтобы гарантировать удержание деталей а также герметизацию.

3.1.2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАРКИ МАТЕРИАЛА И МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

При выборе марки материала для будущей детали необходимо учитывать следующие факторы:

- условия работы данной детали;

- экономические факторы;

- механические, физические, технические и эксплуатационные характеристики предлагаемых материалов;

- возможность произвести эффективную упрочняющую операцию для выбранного материала с незначительными экономическими затратами.

В качестве материала принимаем конструкционную легированную сталь 20Х3МВФ ГОСТ 1133-71.

Назначение стали - Для цементируемых деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах, работающих также при больших нагрузках на элементы крепления.

3.1.3 ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛИ

Технологичность конструкции по материалу детали

Это стоимость и дефицитность материала, возможность применения других материалов или повышение физико-механических свойств имеющегося, обрабатываемость.

Материал фланца сталь 20ХЗМВФ ГОСТ 1133-71. Это легированная сталь с . После химико-термической обработки твердость отдельных поверхностей достигает 32…43,5HRCэ, а остальных 26-30HRCэ. Наличие в материале большого количества легирующих элементов дает возможность говорить о его высокой стоимости и дефицитности. Материалом-заменителем для данной детали является сталь 16Х3НВФМБ с похожими механическими и технологическими свойствами. Данная сталь относится к классу хромоникельвольфрамовых и имеет коэффициент обрабатываемости Kv=0,820. То есть сталь хорошо обрабатываемая и имеет хорошие различные свойства, она технологична.

Технологичность по простановке размеров

Это проверка совпадения конструкторских и технологических баз и возможность их совмещения.

Конструкция по простановке размеров не достаточно технологична, т.к. некоторые конструкторские базы не совпадают с технологическими. Из-за этого могут появляться погрешности и отклонения при обработке

Технологичность по механической обработке.

При изготовлении данной детали используется не большое количество разнообразных технологических операций, которые и позволяют получить из заготовки готовую деталь.

Заготовка выполнена на КГШП с максимальным приближением размеров и формы к готовой детали, что требует снятия сравнительно небольших припусков и уменьшает нужное количество переходов.

В целом формы детали достаточно просты и удобны для изготовления. Большую часть поверхностей детали можно получить токарной обработкой при использовании стандартных резцов разных видов. Также используют сверла, зенкера, розвертки, шлифовальные круги.

Технологичность относительно потребности в специальных приспособлениях и технологической оснастке.

При разработке технологического процесса детали фланец используется не много специального приспособления и оснастки. Для операции сверления используют специальное приспособление кондуктор для сверления и делительным механизмом под углом 24 град. Для всех других операций используют стандартные приспособления и оснастку и этим сокращают расходы на изготовление детали.

Количественная оценка технологичности

Уровень технологичности по точности поверхностей изделия:

Определим среднюю точность обработки, I:

где ITi - квалитет i-той поверхности, n - общее число поверхностей.

Таблица 3.1 - Точность поверхностей детали

№ поверхности	Количество поверхностей	Степень точности N (квалитет)
10, 14	2	6
16, 12	2	9
1, 17, 2, 4	4	10
22	1	11
3, 7, 6, 9, 11, 13, 15, 19, 20, 21, 23	12	12
5, 8	2	13

Значение , следовательно деталь - технологична

Оценка технологичности по шероховатости:

Таблица 3.2 - Шероховатость поверхностей детали

№ поверхности	Количество поверхностей	Шероховатость Ra
10	1	0,63
14	1	1,25
2, 17, 12, 22, 23	5	2,5
1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 19, 20, 21	15	5
7	1	20

Значение , следовательно деталь - технологична

Расчет массы детали

Масса поковки из чертежа , тогда масса детали будет:

Определим коэффициент использования материала:

,

где Мдет - масса детали, Мдет = 2,28 кг; Мзаг - масса заготовки,

Мзаг = 3,62кг. Тогда

Т.к. КИМ = 0,63, с чертежа детали видно что КИМ должен не меньше 0,089, если это так то следовательно деталь технологична.

Шероховатость заготовки Rz 120, квалитет заготовки 16.

Группа стали М2 - сталь с долей углерода ниже 0,35 % включая и суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2 до 5% включая).

Степень сложности поковки авиационный газотурбинный двигатель

,

где - масса простой фигуры, в которую выписывается поковка.

Масса фигуры:

Степень сложности - С1.

3.2 РАСЧЁТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛИ АД

3.2.1 РАСЧЁТ ПОТРЕБНОГО ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ ОБРАБОТКИ

Рисунок 3.1 - Нумерация поверхностей детали

Число переходов, необходимое для обработки каждой из поверхностей детали, их состав по применяемым методам обработки определяются на основании расчетов по аналитическим зависимостям (соотношениям характеристик точности размеров, формы и шероховатости одноименных поверхностей исходной заготовки и готовой детали).

Количество ступеней обработки отдельной поверхности для достижения заданной точности размеров и шероховатости поверхности определяем по следующим зависимостям:

- условие обеспечения заданной точности размеров

nт = lg(Тзаг/Тдет)/0,46;

где Тзаг, Тдет - допуск на заготовку и деталь;

- условие обеспечения заданной шероховатости

nш = lg(Rzзаг/Rzдет)/0,4;

где Rzзаг, Rzдет - шероховатость заготовки и детали соответственно.

При определении параметров по каждому отдельному переходу следует учесть то, что каждая последующая ступень обработки приводит к повышению точности операционного размера, а наиболее существенное уменьшение исходной погрешности происходят на первых ступенях обработки.

Кроме того, отдельных операций требуют нарезание зубьев, протягивание шлиц, сверление, зенкерование отверстий.

Однако вычисленные по вышеуказанным формулам значения количества формообразующих операций являются ориентировочными, поскольку они могут быть, как уменьшены, так и увеличены в зависимости от применяемого оборудования, инструмента, оснастки. Также в случае использования поверхности как установочной базы ее, как правило, после нескольких установов правят, таким образом увеличивая количество формообразующих операций для данной поверхности.

Расчет потребного количества операций и переходов представлен в таблице, на которой представлены также изменения точности и шероховатости рассматриваемых поверхностей по операциям. Схема нумерации поверхностей представлена на рис..

После определения количества формообразующих операций технологический процесс изготовления детали насыщается необходимыми вспомогательными операциями, такими как слесарные, промывочные, контрольные и т.д. Также отдельно выделяются операции термической и химико-термической обработки, которые вносятся в технологический процесс на соответствующих этапах изготовления детали.

Проектирование плана обработки основных поверхностей произвели, используя

Определим количество ступеней обработки поверхности 14:

- условие обеспечения заданной точности размеров

nт = lg(Тзаг/Тдет)/0,46=lg(2,000/0,019)/0,46?4;

- условие обеспечения заданной шероховатости

nш = lg(Rzзаг/Rzдет)/0,4=lg(120/1,25)/0,4?4.

Принимаем большее из двух полученных значений nпр=4

По полученным значениям и определяют - принятое число ступеней обработки (целое число). Данные о расчете потребного количества ступеней обработки сведены в приложение А.

3.2.2 РАСЧЁТ ПРИПУСКОВ НА ОБРАБОТКУ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ ДИАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ РАСЧЁТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Для расчета симметричного припуска для вала (отверстия) используют следующую формулу:

2Zmin=2(Rzi-1+hi-1+), где

Rzi-1 - шероховатость поверхности, полученная на предыдущей операции механической обработки;

hi-1 - глубина дефектного слоя (глубина наклепа) после предыдущей обработки;

Дi-1 - величина пространственных отклонений;

;

Величину пространственных отклонений полностью удалить невозможно, так как станок и деталь является упругой системой. Следовательно появляется понятия величины пространственных остаточных отклонений:

Дост=Ку.ф.?До ;

Ку.ф. - коэффициент уточнения формы. Для расчетов припусков на обработку последующих ступеней величина остаточных отклонений учитывается соответствующими значениями этого коэффициента.

e - погрешность установки детали, которая связанная с погрешностью самого технологического оборудования;

Т - допуск на размер (выбираем по таблице);

Номинальный припуск рассчитываем по формуле:

2Zном.р=2Zmin.p.i+Ti-1 ;

Расчетный диаметр Dp определяем по формуле:

- для вала:

Dp i-1=Dp i+2Zном р i ;

округлив Dp в большую сторону получим Dmax , а Dmin определим по формуле:

Dmin i=Dmax i - Ti ;

- для отверстия:

Dp i-1=Dp i-2Zном р i ;

округлив Dp в меньшую сторону получим Dmin, а Dmax определим по формуле:

Dmax i=Dmin i + Ti ;

Зная значение Dmax и Dmin можно найти значение максимального (2Zmax) и минимального (2Zmin) припусков по следующим зависимостям:

для вала: 2Zmax i = Dmax i-1-Dmin i; 2Zmin i = Dmin i-1-Dmax i ;

для отверстия: 2Zmax i = Dmax i-Dmin i-1; 2Zmin i = Dmin i-Dmax i-1 ;

Полученные результаты заносим в таблицу 3.5.

Сущность нормативного метода состоит в назначении (установлении и оптимизации) общего припуска на формообразующие операции в зависимости от применяемых методов обработки, требуемой точности, шероховатости и размеров поверхности на основе опытно-статистических данных.

С помощью нормативного метода определяем припуски и операционные размеры ещё двух поверхностей вращения. Результаты расчета сведены в приложение Б.

3.2.3 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ И НОРМАТИВНЫМ МЕТОДАМИ

Для удобства расчета припусков и операционных размеров на обработку диаметральных поверхностей создаем таблицу 3, в которой:

- шероховатость поверхности.

- величина дефектного слоя.

- величина пространственных отклонений (- кривизна профиля сортового проката).

Величина пространственных отклонений в процессе обработки полностью не исчезает, а значительно уменьшается по величине. Величина остаточного значения пространственных отклонений определяется по величине коэффициента уточнения формы:

.

- погрешность установки детали.

Все эти коэффициенты и величины определяются по справочнику технолога-машиностроителя [2].

- минимальная величина припуска, необходимая для избегания переноса погрешностей на другие ступени обработки. Припуск определяется по формуле:

Таблица 3.1 - Припуски на обработку торцевых поверхностей, определенные нормативным методом

Поверхность, маршрут обработки	Zmin.p, мкм
Поверхность № 5
Штамповка	-
Черновое точение	1000
Чистовое точение	400
Поверхность № 18
Штамповка	-
Черновое точение	1000
Получистовое точение	500
Поверхность, маршрут обработки	Zmin.p, мкм
Поверхность № 8
Штамповка	-
Черновое точение	1000
Чистовое точение	400
Шлифование	200
Поверхность № 19
Штамповка	-
Черновое точение	900
Получистовое точение	450
Поверхность № 7
Штамповка	-
Сверление	900
Зенкерование	450
Поверхность № 22
Штамповка	-
Черновое точение	1300
Получист точение	1300
Чистовое точение	500

Таблица 3.2 - Припуски на обработку торцов (Расчетно-аналитический метод)

Поверхность, маршрут обработки	Элементы припуска	Zmin.p, мкм
	Rz	h	?	е
Поверхность № 2,17
Штамповка	120	120	707
Черновое точение	80	80	42,42	100	1047
Получист точение	40	40	35,35	100	302,42
Чистовое точение	12,5	12,5	28,28	50	165,35
Поверхность № 3
Штамповка	120	120	707		-
Черновое точение	80	80	42,42	100	1047
Чистовое точение	20	20	35,35	50	252,42

3.2.4 ПОСТРОЕНИЕ РАЗМЕРНОЙ СХЕМЫ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛИ. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ

Расчет линейных операционных размеров начинают с построения размерной схемы технологического процесса. Основой для построения схемы служит план технологического процесса.

Размерную схему необходимо строить, располагая эскизами плана обработки детали, следующим образом. Вычерчивают контур готовой детали, утолщёнными линиями указывают координаты торцевых поверхностей (обозначая их буквами ,,...,) в соответствии с координацией размеров на рабочем чертеже.

С учётом количества обрабатываемых торцевых поверхностей на эскизе детали условно показывают операционные припуски вплоть до соответствующего размера заготовки (H1, H2, ..., Нn). Затем все исходные, промежуточные и окончательные торцевые поверхности нумеруются слева направо.

Через пронумерованные поверхности проводятся вертикальные линии. Между вертикальными линиями, начиная с последней операции, с учётом эскизов обработки, указывают операционные размеры (обозначая их S1, S2, ..., Sn). Размер представлен в виде стрелок с точкой, причём точка совмещена с исходной технологической базой, а стрелка своим остриём упирается в ту поверхность, которая получается в результате проведения данной операции, после снятия соответствующего межоперационного припуска.

Размерная схема технологического процесса представлена в приложении В.

После построения размерной схемы мы можем составить размерные цепи (приложение В). В качестве замыкающих звеньев выступают конструкторские размеры или размеры припусков, в качестве составляющих, искомых звеньев выступают операционные размеры, которые функционально связывают торцевые поверхности на всех операциях - от заготовительной до окончательной.

Определив в предыдущей части работы, на основании составленных размерных цепей составляем для них исходные уравнения относительно замыкающих размеров:

,

где - наименьший предельный размер увеличивающего звена размерной цепи; - наибольший предельный размер уменьшающего звена размерной цепи; - число увеличивающих звеньев; - число уменьшающих звеньев.

Обозначим определяемый операционный размер , тогда если искомый размер является уменьшающим звеном, получаем:

.

А если искомый размер является увеличивающим звеном, то:

.

Определив величины , устанавливаем допуск на операционный размер . Далее по заранее составленным уравнениям рассчитываем номинальные размеры и предельные отклонения операционных припусков. Вычисленные значения заносим в приложение Г.

3.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Следующим этапом, после определения минимальных припусков и операционных размеров, является проектирование операций механической обработки. Целью проектирования операций является определение основных режимов резания и параметров, характеризующих этот режим.

При определении этих параметров необходимо учитывать характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.