Камера сгорания (КС)

Камера сгорания ? кольцевого типа, предназначена для подогрева воздуха после сжатия его в компрессоре за счёт сгорания в ней топлива и для получения заданной температуры газов на входе в турбину.

КС расположена между КВД и сопловым аппаратом турбины высокого давления(ТВД) , состоит из корпуса, диффузора со спрямляющим аппаратом (СА) ступени КВД и жаровой трубы.

КС диффузором сцентрирована по рабочему кольцу ступени КВД и соединена передним фланцем корпуса с корпусом КВД болтовым соединением.

К сопловому аппарату ТВД и статору турбины низкого давления КС закреплена задним фланцем корпуса с помощью болтового соединения, в котором часть болтов выполнена призонными.

Подогрев воздуха в КС осуществляется за счёт тепла, выделяющегося при сгорании в её жаровой трубе тонкораспыленного топлива, непрерывно впрыскиваемого 24 рабочими форсунками, установленными в завихрители и закреплёнными на корпусе.

Воспламенение топлива в КС при запуске осуществляется двумя пусковыми воспламенителями, установленными в её корпусе.

Корпус КС состоит из кожуха, переднего и заднего фланцев.

На корпусе КС имеются: 24 фланца для крепления рабочих топливных форсунок; два фланца для крепления пусковых воспламенителей; два фланца с окнами для осмотра жаровой трубы; фланец отбора воздуха из-за КВД на нужды ГТУ; бобышка отбора воздуха из-за КВД для регулятора частоты вращения свободной турбины (синхронизация мощности спарки двигателей) и для клапана системы сигнализации помпажа; бобышка отбора воздуха для сигнализатора помпажа; бобышка отбора воздуха для топливного регулятора и датчика Р_к?; три бобышки отбора воздуха для двух автоматов управления клапанами перепуска воздуха из компрессора и четыре бобышки для их крепления; две резервные бобышки; две бобышки для крепления дренажного бачка; две бобышки для крепления датчика перегрева; две бобышки для крепления электропроводки от колодки термопар; фланец для крепления клапана перепуска воздуха из-за КВД.

Диффузор со спрямляющим аппаратом (СА) ступени КВД установлен в корпусе КС и закреплён на его переднем фланце. Диффузор состоит из наружной и внутренней оболочек, соединённых между собой спрямляющими лопатками.

К фланцу диффузора прикреплён внутренний кожух СА ТВД.

Жаровая труба ? кольцевого типа, подвешена в кольцевом канале корпуса КС на 24 полых втулках, окружающих рабочие топливные форсунки и фиксирующихся по отверстиям в обтекателе. Своим наружным и внутренним кожухами жаровая труба опирается на СА ТВД.

Наружный и внутренний кожухи жаровой трубы выполнены из отдельных, соединённых между собой, колец и снабжены соплами. Спереди кожухи соединены между собой лобовым кольцом и обтекателем. В лобовом кольце установлены 24 завихрителя с центральными отверстиями для установки рабочих топливных форсунок.

Турбина

Турбина двигателя ? осевая, реактивная, пятиступенчатая, преобразует энергию газового потока в механическую энергию вращения компрессоров двигателя, приводов агрегатов и нагнетателя. Турбина расположена непосредственно за камерой сгорания. К турбине присоединяется диффузорное выходное устройство с промежуточным поджатием воздуха, которое служит для уменьшения давления за турбиной, т.е. для повышения теплоперепада на турбине и, соответственно, для увеличения мощности двигателя. В нашей силовой установке турбина состоит из одноступенчатой турбины высокого давления(ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД), каждая из которых включает статор и ротор, и трехступенчатой свободной турбины, которая состоит из статора, ротора и корпуса опор ротора свободной турбины. Ротор ТВД и ротор КВД образуют ротор высокого давления(ВД). Ротор ТНД и ротор КНД образуют ротор низкого давления (НД). Ротор свободной турбины соединён с ротором нагнетателя.

Опорами роторов ТВД и ТНД, являющимися задними опорами роторов ВД и НД, служат роликоподшипники; опорами ротора свободной турбины ? шарикопод- шипник и роликоподшипник.

Все подшипники охлаждаются и смазываются маслом под давлением. Для предотвращения нагрева подшипников горячими газами их масляные полости изолированы радиально-торцовыми контактными уплотнениями.

Все опоры роторов турбин имеют устройства для гашения колебаний роторов, возникающих при работе двигателя, ? масляные демпферы опор роторов.

Роторы турбин не имеют механической связи между собой, их взаимодействие обусловлено газодинамической связью.

Турбина высокого давления (ТВД)

Турбина высокого давления (ТВД) ? осевая, реактивная, одноступенчатая, предназначена для преобразования части энергии газового потока, поступающего из КС, в механическую энергию, используемую для вращения ротора КВД и всех приводных агрегатов двигателя.

ТВД расположена за КС, её статор крепится к корпусу и конической балке корпуса КС, опора ротора смонтирована в статоре ТНД (корпусе опор турбин), а ротор крепится к валу КВД.

ТВД состоит из статора и ротора.

Статор ? сопловой аппарат (СА) ТВД, включает наружный корпус, внутренний корпус и сектора сопловых лопаток между ними. Наружный корпус имеет проставки с сотовыми элементами лабиринтного уплотнения.

Сектор сопловых лопаток состоит из лопаток, охлаждаемых воздухом, отбираемым из полости вторичного потока КС, наружной и внутренней полок и имеет выступ для фиксации сектора в окружном направлении; в осевом направлении сектор фиксируется буртиком, а в радиальном ? пояском. Бурт и поясок входят в соответствующие пазы во внутреннем и наружном корпусах.

К внутреннему корпусу болтами крепятся кольца с сотовыми элементами лабиринтных уплотнений.

Наружный корпус центрируется относительно корпуса КС призонными болтами и крепится к нему болтовыми соединениями, состоящими из болтов и самоконтрящихся гаек; внутренний корпус крепится к конической балке КС болтами.

Ротор ТВД включает рабочее колесо (РК) и задний вал. РК состоит из диска имеющего на ободе ёлочные пазы, в каждом из которых крепятся левая и правая рабочие лопатки, образующие лопаточный венец и зафиксированные контровками, а также гребешков лабиринтных уплотнений. Правая и левая лопатки охлаждаются воздухом, подводимым из-за КВД. Каждая охлаждаемая рабочая лопатка имеет бандажную полку с гребешком лабиринтного уплотнения, полку хвостовика и хвостовик ?ёлочного типа?.

На заднем валу ТВД, имеющем гребешки лабиринтных уплотнений, смонтированы детали радиально-торцового контактного уплотнения и внутреннее кольцо роликоподшипника, а внутри вала ? уплотнительное кольцо.

Ротор ТВД крепится к заднему валу КВД стяжными болтами, имеющими призонные участки для центрирования РК относительно заднего вала КВД и передачи крутящего момента, и призонные участки для центрирования заднего вала ТВД относительно РК

2.2 Расчет на прочность наиболее нагруженных деталей узла (диск, лопатка РК)

2.2.1 Расчет на прочность лопатки первой ступени компрессора высокого давления

Рабочие лопатки осевого компрессора являются ответственными деталями газотурбинного двигателя, от надежной работы которых зависит надежность работы двигателя в целом.

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

Расчет на прочность пера лопатки выполняем, учитывая воздействие только статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые появляются при вращении ротора, и газовые силы, возникающие 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, газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток компрессора малы, и ими пренебрегаем.

Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.

Напряжения изгиба обычно меньше напряжений растяжения, причем при необходимости для уменьшения изгибающих напряжений в лопатке от газовых сил ее проектируют так, чтобы возникающие изгибающие моменты от центробежных сил были противоположны по знаку моментам от газовых сил и, следовательно, уменьшали последние.

Исходные данные

1. Материал лопатки: ВТ3-1;

2. Длина лопатки =0.0983 м;

3. Радиус корневого сечения =0,2371 м;

4. Объем бандажной полки =0 м;

5. Хорда профиля сечения пера

- в корневом сечении =0.0271м;

- в среднем сечении =0.0271 м;

- в периферийном сечении =0.0271 м;

6. Максимальная толщина профиля

- в корневом сечении =0.00261 м;

- в среднем сечении =0.00197м;

- в периферийном сечении =0.00124м;

7. Максимальная стрела прогиба профиля

- в корневом сечении =0.00285 м;

- в среднем сечении =0.00143 м;

- в периферийном сечении =0.0003 м;

8. Угол установки профиля

- в корневом сечении =1.004рад;

- в среднем сечении =0,795 рад;

- в периферийном сечении =0.511 рад;

9. Интенсивность газовых сил на среднем радиусе в окружном направлении



10. Интенсивность газовых сил в осевом направлении

В формулах: - радиус сечения; - число лопаток; - плотность газа - осевая составляющая скорости газа перед лопаткой; - окружные составляющие скорости газа перед и за лопаткой;- давление газа (воздуха) перед и за лопаткой.

=1351 Н/м, =1708 Н/м

11. Частота вращения рабочего колеса =13340,7 об/мин;

12. Плотность материала лопатки =4530 кг/м;

13. Предел длительной прочности =650 МПа;

Согласно нормам прочности минимальный запас по статической прочности профильной части рабочей лопатки компрессора должен быть не менее 1,5.

После расчета лопатки на прочность на ЭВМ были получены значения действующих напряжений и запасов статической прочности в трех точках, наиболее удаленных от центра тяжести. Результат расчета представлен в табл. 2.1 и на рис.2.1-2.2.

Таблица 2.1

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЕРА

РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)

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

ВЫПОЛНИЛ(А) : Муженский А.В

УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: компрессор МАТЕРИАЛ: ВТ3-1

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

GT= 1.000000 CL= 5.790000E-02 RK= 2.077500E-01 RP= 2.625000E-01

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

EN= 14412.000000 AA= 9.000000E-03 AU= 1.000000E-02 PU= 1719.000000

PAK= 1492.000000 PAP= 1919.000000 RO= 4530.000000

B= 3.200000E-02 3.200000E-02 3.200000E-02

D= 2.610000E-03 1.970000E-03 1.240000E-03

AP= 2.849000E-03 1.431000E-03 3.300000E-04

AL= 1.035000 7.954000E-01 5.111000E-01

SPT= 650.000000 650.000000 650.000000 650.000000

650.000000 650.000000 650.000000 650.000000

650.000000 650.000000 650.000000

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 .579E-04 .511E-10 102.728 87.849 93.309 -78.498

2 .00579 .555E-04 .334E-10 94.589 92.680 96.781 -82.762

3 .01158 .527E-04 .271E-10 86.523 83.657 86.494 -78.619

4 .01737 .498E-04 .225E-10 78.159 71.742 73.502 -71.681

5 .02316 .468E-04 .186E-10 69.370 58.408 59.313 -62.693

6 .02895 .437E-04 .153E-10 60.051 44.616 44.904 -52.082

7 .03474 .405E-04 .124E-10 50.087 31.231 31.141 -40.264

8 .04053 .373E-04 .966E-11 39.336 19.124 18.879 -27.788

9 .04632 .341E-04 .717E-11 27.606 9.216 8.998 -15.521

10 .05211 .308E-04 .486E-11 14.627 2.490 2.400 -5.064

11 .05790 .275E-04 .268E-11 .000 .000 .000 .000

N SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc

[МПa] [МПa] [МПa]

1 190.576 196.036 24,23 3.411 3.316 26.827

2 187.269 191.370 11.827 3.471 3.397 54.960

3 170.180 173.017 7.904 3.819 3.757 82.235

4 149.901 151.661 6.479 4.336 4.286 100.331

5 127.778 128.683 6.678 5.087 5.051 97.339

6 104.668 104.955 7.969 6.210 6.193 81.563

7 81.318 81.228 9.823 7.993 8.002 66.173

8 58.460 58.215 11.547 11.119 11.165 56.289

9 36.822 36.604 12.085 17.653 17.758 53.786

10 17.117 17.028 9.564 37.974 38.173 67.966

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

Полученные значения запасов прочности во всех сечениях удовлетворяют нормам прочности и являются даже немного завышенными, но так как двигатель является стационарной установкой и в результате этого лопатки особенно сильно подвержены эрозионному износу в течении длительного времени (ресурса) завышенный запас прочности необходим.

Рис. 2.1 Изменение напряжений по сечениям



Рис.2.2 Изменение запасов прочности по сечениям

Из графиков видно, что запас прочности лопатки в самом напряженном месте соответствует требованиям (для рабочих лопаток компрессора K - не менее 1,5) K = 4,95.

2.2.2 Расчет на прочность диска рабочего колеса первой ступени турбины высокого давления

Диски компрессора - это наиболее ответственные элементы конструкций газотурбинных двигателей. От совершенства конструкций дисков 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, если диски передают крутящий момент, 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.

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

Исходные данные

- Частота вращения диска =13340,7 об/мин;

- Материал диска - титановый сплав ВТ3;

- Плотность материала = 4530 кг/м;

- Напряжение в корневом сечении пера лопатки от растяжения центробежными силами на расчетном режиме = 18.6 МПа;

- Площадь корневого сечения лопатки =0.579E-04м;

- Число лопаток на рабочем колесе =51;

- Площадь радиального сечения разрезной части обода ;

Таблица исходных данных на соответствующих радиусах:

Таблица 2.2

Номер сечения	R, м	b, м	t,0C	E/105, МПА	/106, 1/0С	дл, МПА
1	0,02	0,036	688	1,44	1,9	790
2	0,029	0,036	690	1,44	1,95	790
3	0,037	0,036	693	1,435	2,01	775
4	0,052	0,036	698	1,428	2,1	768
5	0,062	0,036	703	1,425	2,15	754
6	0,074	0,036	709	1,42	2,19	741
7	0,089	0,033	719	1,416	2,25	727
8	0,107	0,03	733	1,41	2,3	712
9	0,128	0,027	753	1,4	2,32	688
10	0,154	0,024	783	1,33	2,35	656
11	0,185	0,018	826	1,31	2,4	618
12	0,222	0,01	887	1,3	2,5	582

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

где z - число лопаток на ободе диска;

у_рк - напряжение в корневом сечении лопатки от растяжения центробежными силами;

F_К - площадь корневого сечения лопатки;

с - плотность материла диска и лопатки;

f - площадь радиального сечения разрезной части обода диска;

R_f - радиус центра тяжести площади f;

R_K - наружный радиус неразрезного обода диска;

b_К - ширина обода диска на радиусе R_K.

Ниже приведены результаты расчета диска на ЭВМ (см. табл.2.3).

Таблица 2.3

РАCЧЕТ НА ПРОЧНОCТЬ ДИCКОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН

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

ВЫПОЛНИЛ(А) : Муженский А.В.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

DP= 0 DT= 1

Частота вращения = 13340.7 об/мин

Количество расчетных сечений = 12

Количество скачков на контуре = 0

Контурная нагрузка = 111.300 МПа

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

Коэффициент Пуассона = .30

R( 1)= .0200 R( 2)= .0290 R( 3)= .0370 R( 4)= .0520

R( 5)= .0620 R( 6)= .0740 R( 7)= .0890 R( 8)= .1070

R( 9)= .1280 R(10)= .1540 R(11)= .1850 R(12)= .2220

B( 1)= .0360 B( 2)= .0360 B( 3)= .0360 B( 4)= .0360

B( 5)= .0360 B( 6)= .0360 B( 7)= .0330 B( 8)= .0300

B( 9)= .0270 B(10)= .0240 B(11)= .0180 B(12)= .0100

Плотность материала = 8200.00

T( 1)= 688.0 T( 2)= 690.0 T( 3)= 693.0 T( 4)= 698.0

T( 5)= 703.0 T( 6)= 709.0 T( 7)= 719.0 T( 8)= 733.0

T( 9)= 753.0 T(10)= 783.0 T(11)= 826.0 T(12)= 887.0

E( 1)= 144000.0 E( 2)= 144000.0 E( 3)= 143500.0 E( 4)= 142800.0

E( 5)= 142500.0 E( 6)= 142000.0 E( 7)= 141600.0 E( 8)= 141000.0

E( 9)= 140000.0 E(10)= 133000.0 E(11)= 131000.0 E(12)= 130000.0

AL(K)= 1.900000E-05 1.950000E-05 2.010000E-05 2.100000E-05

2.150000E-05 2.190000E-05 2.250000E-05 2.300000E-05

2.320000E-05 2.350000E-05 2.400000E-05 2.500000E-05

SDL( 1 )= 790.0 SDL( 2 )= 790.0 SDL( 3 )= 775.0

SDL( 4 )= 768.0 SDL( 5 )= 754.0 SDL( 6 )= 741.0

SDL( 7 )= 727.0 SDL( 8 )= 712.0 SDL( 9 )= 688.0

SDL(10 )= 656.0 SDL(11 )= 618.0 SDL(12 )= 582.0

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

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

1 .0200 .0360 565.35 565.35 565.35 1.4

2 .0290 .0360 561.66 509.09 537.31 1.5

3 .0370 .0360 542.74 452.91 503.87 1.5

4 .0520 .0360 495.16 380.25 448.87 1.7

5 .0620 .0360 463.53 333.88 414.21 1.8

6 .0740 .0360 424.79 295.50 377.15 2.0

7 .0890 .0330 413.54 233.50 359.13 2.0

8 .1070 .0300 385.22 175.58 334.04 2.1

9 .1280 .0270 341.33 129.68 298.43 2.3

10 .1540 .0240 274.95 37.23 258.36 2.5

11 .1850 .0180 207.96 -107.88 278.07 2.2

12 .2220 .0100 111.30 -360.27 426.94 1.4

Рис.2.4 Изменение напряжений по сечениям



Рис.2.5 Изменение запасов прочности по сечениям

Из графиков видно, что значения запасов прочности по сечениям диска удовлетворяют нормам прочности, по которым запас прочности должен быть не менее 1,3….1,5. В нашем случае минимальный запас прочности 1,4 , а максимальный - 2,5, что обеспечивает безопасную работу диска, турбины и двигателя в целом.

2.3 Выводы

Результатом выполнения конструкторской части данной работы является составление краткого технического описания узлов ГТД и расчет на прочность наиболее нагруженных деталей узла (диск РК первой ступени турбины, лопатка РК первой ступени турбины).

Из результатов расчета на прочность лопатки рабочего колеса турбины видно, что запас прочности лопатки в самом напряженном месте соответствует требованиям (для рабочих лопаток турбины K - не менее 1,5) K = 1,995.

Из результатов расчета на прочность диска турбины видно, что значения запасов прочности по сечениям диска удовлетворяют нормам прочности, по которым запас прочности должен быть не менее 1,3….1,5. В нашем случае минимальный запас прочности 1,4 , а максимальный - 2,5, что обеспечивает надежную работу диска, турбины и двигателя в целом. Ресурс данной установки составляет 2000 часов.

турбокомпрессор термогазодинамический расчет двигатель

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Анализ рабочего чертежа детали

3.1.1 Назначение детали, условия работы

Для поддержания вращающихся деталей и для передачи вращающего момента от одной детали к другой (в осевом направлении) в конструкциях используют валы, устанавливаемые в подшипниковых опорах. Валы относятся к числу наиболее ответственных деталей машин. Существенное нарушение формы вала из-за высокой радиальной податливости или колебаний, а тем более разрушение вала влечёт за собой выход из строя всей конструкции. Поэтому к валам предъявляют высокие требования по точности изготовления, прочности, жёсткости, устойчивости и колебаниям.

Конструктивная форма зависит от нагрузок на вал и способа соединения вала с насаживаемыми деталями. При больших вращающих моментах и повышенных требованиях к центрированию валы соединяют с насаживаемыми деталями с помощью шлицевых соединений. При средних значениях вращающего момента и менее высоких требованиях к точности центрирования для посадки на валах деталей применяют шпоночные соединения.

Технические условия на изготовление валов зависят от требований к конструкции. Обработку валов производят обычно в центрах.

Шестерня предназначена для передачи вращательного движения от вала авиадвигателя к валу агрегата. Вал-шестерня является одной из основных деталей редуктора, служит для передачи большого крутящего момента, понижения скорости вращения промежуточного или выходного вала.

С точки зрения жесткости и прочности форма детали и соотношение размеров элементов достаточно рациональны.

Зубья детали работают в тяжелых условиях, под действием ударных и знакопеременных нагрузок, поэтому материал детали должен быть достаточно прочным, иметь пластическую, вязкую сердцевину и поверхностную твердость. Для достижения поверхностной твердости зубьев применяется азотирование.

Деталь образована цилиндрическими поверхностями и плоскостями. Наивысшая чистота поверхности - 0.16 мкм - принадлежит поверхности 16 и 8, низшая - 20 мкм - всем поверхностям, которые не участвуют в работе детали и не соприкасаются с другими деталями механизма.

Степень точности зубчатого венца - 7-С по ГОСТ 1758-81. Допускается радиальное биение на величину не более 0.02 мм поверхности 8 и 16 относительно поверхности 11 . Допуск на перпендикулярность поверхности 10 относительно 11 не более 0.01 мм.

3.1.2 Выбор материала детали

Материал детали должен обладать высокой прочностью и иметь высокую поверхностную твердость, так как деталь работает в тяжелых условиях, под действием ударных и знакопеременных нагрузок. Условия работы детали обусловили выбор материала -сталь 15Г ГОСТ 4543-71. Из этой стали могут изготавливаться червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и другие улучшаемые детали. Механические свойства и химический состав стали 15Г приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 - Механические свойства

Сечение, мм	?0,2, МПа	?B, МПа	?10, %	?, %	KCU, Дж/м2
Закалка 890 °С, вода. Отпуск 425 °С, масло.
19	870	940	6	67	66
60	435	560	17	78	117
Закалка 890 °С, вода. Отпуск 450 °С, масло.
19	790	870	8	67	112
60	415	560	17	72	118

Таблица 3.2 - Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Марганец (Mn)	0.70-1.00
Медь (Cu), не более	0.30
Никель (Ni), не более	0.30
Сера (S), не более	0.035
Углерод (C)	0.12-0.19
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.30

В целях поверхностного упрочнения сталь подвергается нитроцементированию на глубину 0,8…1,2мм - HRC_э 45…55, обеспечивающему высокую твердость поверхности зубьев и высокую усталостную прочность.

3.2 Определение показателей технологичности

3.2.1 Качественная оценка технологичности

Данная деталь представляет собой тело вращения цилиндрической формы переменного диаметра. Вдоль оси вращения детали выполнено сквозное отверстие так же переменного диаметра. Наличие ряда нетехнологических поверхностей, обуславливает применение специального режущего инструмента и оборудования. К таким поверхностям, в данном случае, зубчатая и шлицевая поверхности. Деталь имеет внутреннею зубчатую и внешнюю шлицевую поверхности. Для их получения необходимо применять специальные методы обработки, как зубо- и шлицедолбление.

Что же касается технологичности геометрической формы, то шестерни в этом смысле нетехнологичны, поскольку операции нарезания зубьев выполняется в основном малопроизводительными методами. Отношение длины детали к наружному диаметру хвостовика невелико, что обеспечивает достаточную жесткость детали при обработке в центрах.

Требования точности формы и расположения поверхностей детали обусловлены необходимостью обеспечить надежную работу зубчатого зацепления, а также надежный контакт опорных торцов с внутренним кольцом подшипника (смотри таблицу 3.3).

3.2.2 Количественная оценка технологичности

Нумерация поверхностей детали приведена на рисунке 3.1

Рис. 3.1 Нумерация поверхностей детали

Количественная оценка технологичности по:

· точности

где А_ср - среднее значение точности; N - количество поверхностей одного квалитета; Т - степень точности соответствующих поверхностей.

,

где К_т.ч. - средний коэффициент точности.

Таблица 3.3 - Точность поверхностей детали

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

Т.к К_т.ч. > 0.8, то деталь технологична по показателю точности.

· шероховатости

где N - количество поверхностей одного квалитета; R - значение шероховатости соответствующих поверхностей; Б_ср - средняя величина шероховатости.

где К_ш - средний коэффициент шероховатости.

Значения шероховатости поверхностей детали приведены в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Шероховатости поверхностей детали

№ поверхности	Количество поверхностей	Шероховатость Ra
19	1	0.32
3, 17	2	1.25
1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 21, 22	25	5

Т.к. К_ш < 0.32, то по показателю шероховатости деталь технологична

3.3 Выбор метода получения заготовки

3.3.1 Обоснование выбранного метода получения заготовки

При выборе заготовок для заданной детали назначают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости.

Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска.

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовки: 1) форма и размеры заготовки; 2) требуемая точность и качество поверхностного слоя заготовки; 3) условия эксплуатации детали; 4) технологические свойства материала заготовки; 5) количество выпускаемых деталей; 6) Производственные возможности предприятия.

Учитывая назначения и условия работы детали, ее конфигурацию, свойства материала и тип производства целесообразно избрать в качестве метода получения заготовки горячую штамповку.

Горячая объемная штамповка находит широкое применение в машиностроении, так как дает изготовить поковку с высокими механическими свойствами и по конфигурации близкую к исходной детали. Применение метода групповой технологии может обеспечить рентабельность горячей штамповки даже в условиях мелкосерийного производства.

Одним из возможных вариантов изготовления штампованной заготовки вал-шестерни может служить штамповка на горизонтально-ковочной машине. Горячая штамповка на ГКМ имеет широкое применение в производстве поковок различной конфигурации. На ГКМ можно штамповать поковки шестерен, клапанов, болтов, гаек, колец, фланцев, валиков с уступами и т.д.

Штамповка на ГКМ имеет целый ряд преимуществ: 1) возможность штамповки в закрытых штампах (без облоя); 2) возможность штамповки без штамповочных уклонов, что сокращает припуски и допуски на поковку; 3) возможность обеспечения в поковке необходимого направления волокон макроструктуры, придающего ей наибольшую прочность; 4) высокая производительность; 5) возможность полной автоматизации технологического процесса штамповки.

Одним из рациональных решений является горячая объемная штамповка в разъёмных матрицах, т. е. в штампах с 2-мя или несколькими плоскостями разъёма. Плоскость разъема штампа проходит через наибольшее сечение заготовки, что облегчает заполнение полостей штампа и позволяет легко контролировать смещение одной из половин. Кроме того, вертикальное расположение продольной оси заготовки в штампе обеспечивает более выгодное расположение волокон металла параллельно наружному контуру заготовки.

В результате горячей штамповки получаем поковку по 17 квалитету точности с шероховатостью Rz=200. Т.к. диаметр внутренних отверстий >40мм, то есть возможность прошить отверстия в заготовке.

3.3.2 Определение массы и степени сложности заготовки

Масса заготовки определяется по формуле

где m_д - масса детали.

Плотность стали 15Г с= 7850 кг/м³, а объем детали определяем в программе Компас.

Степень сложности поковки определяется по формуле:

степень сложности поковки относится к С₂.

Допуски основных поверхностей приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Допуски основных поверхностей заготовки

№ поверхности	Размер детали, мм	Допуск на размер, мкм	Точность	Допуск заготовки	Точность	Rz
2	202,5	290	h11	+3.0 -1.5	IT17	200
7	160	400	H12	+2.5 -1.5	IT17	200
11	103	35	H7	+2.4 -1.2	IT17	200
16	143	25	H6	+2.5 -1.5	IT17	200
19	165.4	400	H12	+2.5 -1.5	IT17	200
1-10	217.5	72	js8	+3.0 -1.5	IT17	200
1-22	111	54	H8	+2.4 -1.2	IT17	200
1-21	70	300	H12	+2.4 -1.2	IT17	200

3.4 Определение количества ступеней обработки основных поверхностей

При определении необходимого и достаточного количества ступеней обработки отдельных поверхностей для обеспечения заданных характеристик точности формообразующих размеров, формы и качества поверхности с достаточной для практических целей точностью, воспользуемся зависимостями:

1) число ступеней обработки необходимое для обеспечения заданной точности:

где Т_заг - допуск размера заготовки; Т_дет - допуск размера детали.

2) число ступеней обработки необходимое для обеспечения заданной шероховатости

где Rz_заг - шероховатость поверхности заготовки;

Rz_дет - шероховатость поверхности готовой детали.

Результаты расчета необходимого числа ступеней обработки для поверхностей детали приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Определение количества ступеней обработки основных поверхностей детали
N пов.	Размер	Точность	Шероховат.	Число ст. обр-ки	Точность ступен. обработки	Шероховатость	Метод обработки
	Д	З	Д	З	Д	З	nт	nш	nпр	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
1,3,10					20	200		2,5	3						80	40	20			1.Подр.торца чернов. 2.Подр.торца получистов. 3.Подр.торца чистовая
2	Ш202,5		h11 290	IT17 4600	20	200	2.6	2.5	3	14 1150	12 460	11 290			80	40	20			1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое
4	Ш200,5		h12 460	IT17 4600	20	200	2.1	2.5	3	15 1850	13 720	12 460			80	40	20			1.Точение ч. 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое
5					20	200		2,5	3						80	40	20			1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое
6	Ш135		n5 18	IT17 4000	0.8	200	5.1	5.9	6	13 630	10 160	8 63	7 40	6 25	5 18	100	60	30	10	5	0.8	1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое 4.Шлифование 5.Шлифование 6.Шлифование
7	Ш160		h12 400	IT17 4000	20	200	2.1	2.5	3	15 1600	13 630	12 400			80	40	20			1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое
8	Ш135		n5 18	IT17 4000	0.8	200	5.1	5.9	6	13 630	10 160	8 63	7 40	6 25	5 18	100	60	30	10	5	0.8	1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое 4.Шлифование 5.Шлифование 6.Шлифование
9	Ш127		h12 400	IT17 4000	20	200	2.1	2.5	3	15 1600	13 630	12 400			80	40	20			1.Точение черновое 2.Точение п/чистовое 3.Точение чистовое
11	Ш103		H7 35	IT17 3500	1.6	200	4.3	5.2	5	13 540	11 220	9 87	8 54	7 35	100	40	20	10	1.6	1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое 4.Шлифование 5.Шлифование
13	Ш115		H12 350	IT17 3500	20	200	2.1	2.5	3	15 1400	13 540	12 350			80	40	20			1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое
14					20	200		2.5	3											1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое
Окончание табл 3.6
15	Ш128.3		H12 400	IT17 4000	20	200	2.1	2.5	3	15 1600	13 630	12 400			80	40	20			1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое
16	Ш143		H6 25	IT17 4000	0.8	200	4.8	5.9	6	14 1000	11 250	9 100	8 63	7 40	6 25	100	60	30	10	5	0.8	1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое 4.Шлифование 5.Шлифование 6.Шлифование
17					10	200		3.2	3						80	40	20			1.Растачивание черновое 2.Растачивание п/чистовое 3.Растачивание чистовое
18	Ш176		H12 400	IT17 4000	20	200	2.1	2.5	3	15 1600	13 630	12 400			80	40	20			1.Растачивание черновое 2.Растач.п/чистовое 3.Растачивание чистовое
19	Ш165.4		H12 400	IT17 4000	20	200	2.1	2.5	3	15 1600	13 630	12 400			80	40	20			1.Растачив. чернов. 2.Растачив.п/чистов 3.Растачив.чистов.

3.5 Разработка предварительного плана обработки

Исходными данными для разработки маршрутного технологического процесса изготовления детали являются заданный чертеж детали и тип производства.

При проектировании маршрутного технологического процесса необходимо разработать графический план обработки заготовки, установить состав и последовательность операций, указав для каждой операции обрабатываемые поверхности, методы их обработки и характеристики точности, схемы установок и позиции, тип оборудования.

Для проектирования плана обработки рациональна определенная последовательность решений:

· составление укрупненного плана обработки заготовки, устанавливающего рациональную последовательность формообразующих операций, а также наличие и место в плане обработки термических, слесарных, контрольных и других вспомогательных операций;

· выявление конструкторских баз расположения поверхностей и отсчета координатных размеров связей с ними исходных поверхностей заготовки и необрабатываемых поверхностей детали.

Весь план обработки состоит из четырех этапов: черновой получистовой, чистовой и отделочный.

1. Черновой этап состоит из черновых операций, на которых снимается до 60-70 % припуска на обработку. На этом этапе достигается равномерное распределение припусков на дальнейшую обработку, и удаляются дефекты на поверхности заготовки.

2. Получистовой этап обработки выполняется, как правило, в той же последовательности, что и черновая обработка, но более точно, с меньшими режимами резания, при этом устраняют коробление, возникшее после первого этапа.

3. На чистовом этапе снимается до 30 % припуска, и детали придается окончательная форма.

4. Отделочный этап включает операции, обеспечивающие заданную точность и чистоту рабочей поверхности.

Для большинства операций соблюдается принцип совмещения и постоянства баз, и такие базы называются чистыми. Исключение составляют первые операции, на которых базы уступают по точности и качеству обрабатываемым поверхностям. Это черновые базы, которые могут быть использованы только один раз и для координации только одной из обрабатываемых поверхностей. То есть обработку детали начинаем с той поверхности, которая будет служить установочной базой для дальнейших операций.

Обработку поверхностей точным взаимным расположением включаем в одну операцию, и выполняем за одно закрепление заготовки. А черновую и чистовую обработки заготовок со значительными припусками выделяем в отдельные операции, так как совмещение черновых и чистовых переходов в одной операции приводит к снижению точности обработки вследствие повышенного износа инструмента на черновых операциях.

План обработки строим так, чтобы последними обрабатывались поверхности, к которым предъявляются повышенные требования по точности, а в начале те поверхности, к точности которых предъявлены меньшие требования. При определении последовательности переходов операции, предусматриваем опережающее выполнение тех переходов, которые подготавливают возможность осуществления следующих за ними переходов.

Последовательность операций отражена в плане обработки.

3.6 Расчет припусков и операционных размеров на диаметральные поверхности

Расчет выполняется в соответствии с рекомендациями [7].

Величину минимального припуска на диаметральные поверхности определяют по формуле:

где Rz_i-1 и h_i-1 - соответственно шероховатость и глубина дефектного слоя на предыдущей ступени обработки; Д_i-1 - величина пространственных отклонений на предыдущей ступени обработки; е_i - погрешность установки детали в данной ступени обработки.

Величина пространственных отклонений определяется по формуле:

где Д_кор - величина коробления поковки; Д_см - величина смещения поковки.

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

.

Номинальный припуск:

,

где T_i-1 - допуск размера на предыдущей обработке.

Максимальный припуск для:

1) валов

2) отверстий

.

Минимальный припуск для:

1) валов

2) отверстий

.

Расчетный диаметр для:

1) валов

2) отверстий

Результаты расчета операционных припусков и операционных размеров диаметральных поверхностей нормативным методом приведены в табл. 3.8, а расчетно-аналитическим методом в табл. 3.7.

Таблица 3.7 - Расчет операционных припусков и операционных размеров расчетно-аналитическим методом

№	Маршрут обработки поверхности	Элементы припуска мкм.	Расчетный припуск мкм.	Допуск размера Т мм	Расчетный припуск 2Zном.р мм.	Расчетный размер D мм.	Принятые размеры мм.	Принятые припуски мм.	Операционные размеры мм.
		Rz	h			2Zmin.p	T	2Zном.р	Dp.	Dmax.	Dmin.	2Zmax	2Zmin
Поверхность 8 [ 135 n5 ( +0.027 +0.045)]
	Штамповка	200	250	1121	-	-	+2.5 -1.5	-	145.88	146	142	-	-	143.5-1.5+2.5
10	Точение черновое	100	150	67	400	3280	0.63	7.28	138.552	138.6	137.97	5.43	3.4	138.6-0.63
20	Точение получистовое	60	60	56	200	921.8	0.16	1,552	136.915	137	136.84	1.76	0.97	137-0.16
30	Точение чистовое	30	30	45	200	655.4	0.063	0,815	136.002	136.1	136.037	0.963	0.74	136.1-0.063
105	Шлифование	10	10	34	100	339.3	0.04	0,402	135.591	135.6	135.56	0.54	0.437	135.6-0.04
115	Шлифование	5	5	22	100	251.2	0.025	0,291	135.294	135.3	135.275	0.325	0.26	135.3-0.025
125	Шлифование	0.8	0.8	17	100	224.8	0.018	0,249	135.045	135.045	135.027	0.273	0.23	135.045-0.018
№	Маршрут обработки поверхности	Элементы припуска мкм.	Расчет-ный припуск мкм.	Допуск размера Т мм	Расчетный припуск2Zном.р мм.	Расчет-ный размер D мм.	Принятые размеры мм.	Принятые припуски мм.	Операционные размеры мм.
		Rz	h			2Zmin.p	T	2Zном.р	Dp.	Dmax.	Dmin.	2Zmax	2Zmin
Поверхность 16 [ 143 H6 ( +0.025 )]
	Штамповка	200	250	1121	-	-	+2.5 -1.5	-	132.538	136.5	132.5	-	-	134-1.5+2.5
25	Растачивание черновое	100	150	67	150	3162	1.0	7.162	139.791	140.7	139.7	6.7	3.2	139.7+1.0
35	Растачивание получистовое	60	60	56	80	708.7	0.25	1.709	141.515	141.75	141.5	2.05	0.8	141.5+0.25
45	Растачивание чистовое	30	30	45	80	435.3	0.1	0.685	142.272	142.3	142.2	0.8	0.45	142.2+0.1
110	Шлифование	10	10	34	30	228.2	0.063	0.328	142.636	142.663	142.6	0.463	0.3	142.6+0.063
120	Шлифование	5	5	22	30	130.7	0.04	0.194	142.866	142.84	142.8	0.27	0.167	142.83+0.04
130	Шлифование	0,8	0.8	17	30	94.4	0.025	0.134	143	143.025	143	0.195	0.16	143+0.025

Таблица 3.8 - Расчет операционных припусков и операционных размеров нормативным методом

№	Маршрут обработки поверхности	Расчетный припуск мкм.	Допуск размера Т мм	Расчетный припуск 2Zном.р мм.	Расчетный размер D мм.	Принятые размеры мм.	Принятые припуски мм.	Операционные размеры мм.
		2Zmin.p	T	2Zном.р.	Dp.	Dmax.	Dmin.	2Zmax	2Zmin
Поверхность 2 [ 202.5 h11 ( -0.29 )]
	Штамповка	-	+3.0 -1.5	-	213.2	213.5	209	-	-	210.5+3.0-1.5
	Точение Черновое	2200	1.15	6.7	206.3	206.5	205.35	5.15	2.5	206.5-1.15
	Точение Получистовое	1450	0.46	2.6	203.66	203.7	203.24	3.26	1.65	203.7-0.46
	Точение чистовое	700	0.29	1.16	202.5	202.5	202.21	1.49	0.74	202.5-0.29
Поверхность 4 [ 200.5 h12 ( -0.46)]
	Штамповка	-	+3.0 -1.5	-	212.2	212.5	208	-	-	209.5+3.0-1.5
	Точение Черновое	2200	1.85	6.7	205.3	205.5	203.65	5.85	2.5	205.5-1.85
	Точение Получистовое	1450	0.72	3.3	201.92	202	201.28	4.22	1.65	202-0.72
	Точение чистовое	700	0.46	1.42	200.5	200.5	200.04	1.96	0.78	200.5-0.46
Поверхность 7 [160 h12 ( -0.4 )]
	Штамповка	-	+2.5 -1.5	-	170.9	171	167	-	-	168.5-+2.51.5
	Точение Черновое	2200	1.6	6.2	164.55	164.7	163.1	5.4	2.3	164.7-1.6
	Точение Получистовое	1450	0.63	3.05	161.33	161.5	160.87	3.83	1.6	161.5-0.63
	Точение чистовое	700	0.4	1.33	160	160	159.6	1.9	0.87	160-0.4
№	Маршрут обработки поверхности	Расчетный припуск мкм.	Допуск размера Т мм	Расчетный припуск 2Zном.р мм.	Расчетный размер D мм.	Принятые размеры мм.	Принятые припуски мм.	Операционные размеры мм.
		2Zmin.p	T	2Zном.р.	Dp.	Dmax.	Dmin.	2Zmax	2Zmin
Поверхность 11 [103 H7 ( +0.035 )]
	Штамповка	-	+2.4 -1.2	-	93.6	97.1	93.5	-	-	94.7-1.2+2.4
	Растачивание Черновое	2000	0.54	5.6	99.21	99.74	99.2	5.24	2.1	99.2+0.54
	Растачивание Получистовое	1450	0.22	1.99	101.28	101.42	101.2	2.22	1.46	101.2+0.22
	Растачивание чистовое	900	0.087	1.22	102.543	102.587	102.5	1.387	1.08	102.5+0.087
	Шлифование	170	0.054	0.257	102.863	102.854	102.8	0.354	0.213	102.8+0.054
	Шлифование	83	0.035	0.137	103	103.035	103	0.235	0.146	103+0.035
Поверхность 15 [ 128.3 H12 ( +0.4)]
	Штамповка	-	+2.5 -1.5	-	117.6	121.5	117.5	-	-	119-1.5+2.5
	Растачивание Черновое	2200	1.6	6.2	123.85	125.4	123.8	6.4	2.3	123.8+1.6
Окончание табл. 3.8
	Растачивание Получистовое	1450	0.63	3.05	126.97	127.53	126.9	3.73	1.5	126.9+0.63
	Растачивание чистовое	700	0.4	1.33	128.3	128.7	128.3	1.8	0.77	128.3+0.4
Поверхность 19 [165.4 H12 ( +0.4 )]
	Штамповка	-	+2.5 -1.5	-	154.7	158.5	154.5	-	-	156-1.5+2.5
	Растачивание Черновое	2200	1.6	6.2	160.95	162.5	160.9	6.5	2.4	160.9+1.6
	Растачивание Получистовое	1450	0.63	3.05	164.07	164.63	164	3.73	1.5	164+0.63
	Растачивание чистовое	700	0.4	1.33	165.4	165.8	165.4	1.8	0.77	165.4+0.4

3.7 Расчет припусков и операционных размеров на обработку торцевых поверхностей

3.7.1 Определение припусков

Величину минимального припуска на обработку торцевой поверхности определяют по формуле:

где Rz_i-1 и h_i-1 - соответственно шероховатость и глубина дефектного слоя на предыдущей ступени обработки; Д_i-1 - величина пространственных отклонений на предыдущей ступени обработки; е_i - погрешность установки детали в данной ступени обработки. Номинальный припуск:

где T_i-1 - допуск размера на предыдущей обработке.

Результаты расчета операционных припусков на обработку торцевых поверхностей нормативным и расчетно-аналитическим методом сведены в табл. 3.9.

Таблица 3.9 - Расчет припусков и операционных размеров

Номер торца	Маршрут обработки	Эл-ты припуска, мкм	Расчетный припуск Zmin.р, мм
		Rz	h
1	Штамповка	200	250	1121	-	-
	Подрезка торца черновая	80	150	67	100	1,671
	Подрезка торца п/чистовая	40	40	56	100	0,397
	Подрезка торца чистовая	20	20	45	80	0,216
10,22,21	Штамповка					-
	Подрезка торца черновая					1,2
	Подрезка торца п/чистовая					0,6
	Подрезка торца чистовая					0,55

3.7.2 Разработка и анализ размерной схемы обработки торцевых поверхностей детали

Расчёт линейных операционных размеров начинают с построения размерной схемы технологического процесса.

Размерную схему необходимо строить, располагая эскизами план обработки детали, следующим образом. Вычерчивают контур готовой детали, утолщёнными линиями указывают координаты торцов поверхностей 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. Через пронумерованные поверхности проводятся вертикальные линии. Между вертикальными линиями, начиная с последующей операции, с учётом эскизов обработки, указывают технологические размеры (обозначаем S_n). Размер представлен в виде стрелок с точкой, причём точка совмещена с установочной базой, а стрелка своим остриём упирается в ту поверхность, которую мы получили на данной операции, после снятия соответствующего межоперационного припуска.

Методика расчета размерных цепей зависит от того, является замыкающее звено конструкторским размером или припуском. Если замыкающим размером является припуск Z, оставленный для последнего перехода, то сначала вычисляют его минимальную величину Z_min. Далее получают исходное уравнение размерной цепи относительно Z_min.

где S_pmin - наименьший граничный размер увеличивающего звена, S_qmax наибольший граничный размер уменьшающего звена. Если искомый размер S_x есть уменьшающим звеном, то:

Если искомый размер S_x является увеличивающим звеном, то:

Допуск этого размера был установлен при формировании плана обработки, что позволяет определить номинальный размер:

;

где ES_x и Ei_x - верхнее и нижнее отклонение.

Для определения номинального и максимального значений припуска исходное уравнение составляют относительно Z с указанием предельных отклонений составляющих звеньев:

По разности номинальных размеров находят номинальное значение припуска z_н, а по разности предельных отклонений звеньев - предельные отклонения размера припуска:

; ;

т.е. для определения отклонений припуска необходимо вычесть суммы отклонений звеньев по схеме крест - накрест. Максимальное значение припуска

Z_max=Z_н+ES_z.

Если припуск определен нормативным методом и известное его номинальное значение, то исходное уравнение составляют относительно Z_н.

Из уравнения находят номинальное значение искомого размера.

Если же замыкающим звеном размерной цепи является конструкторский размер А, то решение исходного уравнения дает номинальное значение искомого размера составляющего звена S_x.

а координату середины поля допуска определяют из уравнения как единственную неизвестную величину.

Результаты расчета приведены на плакате [2007.КОЗЫРЕ.241-05].

3.8 Вывод

Результатом выполнения технологической части данной работы является чертеж детали, оценка ее технологичности, выбор и обоснование вида заготовки и метода ее получения, а также расчет потребного числа ступеней обработки, разработка предварительного плана технологического процесса, расчет припусков и операционных размеров, расчет технологических размерных цепей.

При выборе вида исходной заготовки ориентировались на такой способ ее изготовления, который обеспечит максимальное приближение к форме готовой детали с целью экономии материала. Поэтому в качестве метода получения заготовки для детали такой конфигурации целесообразно применять штамповку на ГКМ. Из условий обеспечения заданной точности размеров и обеспечения заданной шероховатости поверхности определено количество ступеней обработки отдельных поверхностей. С учетом всех требований построен план обработки заготовки. После расчета припусков и операционных размеров поверхностей вращения, с учетом припусков на обработку торцов и линейных операционных размеров построена размерная схема и определены линейные и операционные размеры, позволяющие в дальнейшем вести обработку заготовки согласно плану.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе спроектирован каскад высокого давления приводного ГТД.

В результате анализа зависимостей N_еуд=f(Т_г^*, _к^*) и С_е=f(Т_г^*, _к^*) выбраны основные параметры цикла двигателя: Т*_г =1375 К и *_к =21. При этих расчетных Т_г^* и _к^* получены удельная мощность Neуд=249,9 кВт*с/кг, удельной расход топлива С_е =0,1999 кг/(кВт*ч).

В результате проведения согласования компрессора и турбины мы разработали 2-х каскадную схему двигателя со свободной турбиной (n_тс=4800об/мин). Определены основные геометрические параметры КНД и КВД. КНД имеет 7 ступеней и является средненагруженным (Н_z=0.2229);

ТНД - 1-ступенчатая, среднезагруженная (м_z=1.594); КВД - 7-ми ступенчатый, средненагруженный (Н_z=0.2437); ТВД - 1-ступенчатая средненагруженная (м_z=1.545); ТС - 3-х ступенчатая, , среднезагруженная (м_z=4.5).

Далее в газодинамическом расчете компрессора были уточнены частоты вращения РВД и РНД - n_нд=9863.4 об/мин, n_вд=13340.7 об/мин. Также была окончательно определена геометрия проточной части компрессора. Обеспечено выполнение следующих условий:

> 25⁰, уменьшение угла нежелательно, т.к. это приводит к снижению КПД ступени;

> 0.4, иначе увеличиваются потери в решетках ступени; числа и не превышают 0.7952, что исключает появление волновых потерь.

При расчете турбины определили окончательные размеры проточной части, а также определили коэффициенты загрузки ступеней. Выполнены следующие условия:

- для отсутствия волновых потерь в решетках.

- угол на выходе из рабочего колеса в абсолютном движении.

При профилировании лопатки первой ступени КВД были определены геометрические размеры решетки профилей, которые обеспечивают получение заданных планов скоростей на различных радиусах при отсутствии волновых потерь, так как < . Значения густоты решетки во всех сечениях лежат в допустимом интервале.

При разработке чертежа общего вида газогенератора приводного ГТД с осецентробежным компрессором одновального двигателя реализованы следующие конструктивные решения: компрессор осецентробежный, ротор компрессора барабанно-дискового типа, диски РК скреплены между собой электронно-лучевой сваркой, компрессор состоит из 9-ти осевых и 1-ой центробежной ступени, каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, соединенных с помощью замка типа «ласточкин хвост». Передняя опора компрессора состоит из двух частей: радиальная гидродинамическая самоустанавливающаяся часть и осевая гидростатическая часть. Смазка и охлаждение опоры производится через форсунки, подающие масло на дорожку подшипника. Турбина двигателя - осевая, реактивная трехступенчатая, состоит из аппарата соплового первой ступени, аппарата соплового второй ступени, аппарата соплового третьей ступени, ротора и опорного венца.

При прочностном расчете пера лопатки и диска первой ступени турбины, обеспечены запасы прочности, удовлетворяющие предъявляемым к ним требованиям (К_{пер лоп}=5,394…87,599>1,5, К_дис=1,3…2,2>1,3…1,5).

В технологической части, анализируя конструктивные особенности детали вала-шестерни, можно сделать выводы о возможности ее изготовления в условиях типичных для авиадвигателестроительного производства. При выборе вида исходной заготовки ориентировались на такой способ ее изготовления, который обеспечит максимальное приближение к форме готовой детали с целью экономии материала. Поэтому в качестве метода получения заготовки для детали такой конфигурации целесообразно применять штамповку на ГКМ. Из условий обеспечения заданной точности размеров и обеспечения заданной шероховатости поверхности определено количество ступеней обработки отдельных поверхностей. С учетом всех требований построен план обработки заготовки. После расчета припусков и операционных размеров поверхностей вращения, с учетом припусков на обработку торцов и линейных операционных размеров построена размерная схема и определены линейные и операционные размеры, позволяющие в дальнейшем вести обработку заготовки согласно плану.

В целом параметры спроектированного двигателя соответствуют современному уровню двигателестроения:

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Герасименко В.П., Павленко Г.В. Выбор параметров и термогазодинамический расчет ТВД, ТВВД и ТВаД. - Учеб. пособие. - Х.: Харьк. авиац. ин-т, 1984 - 60 с.

2. Буслик Л.Н., Ковалев В.И. Согласование параметров и определение основных размеров турбин и компрессоров ГТД. - Учеб. пособие. - Х.: Харьк. авиац. ин-т, 1984 - 67 с.

3. Незым В.Ю. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. - Учеб. пособие. - Х.: Харьк. авиац. ин-т, 1988 - 41 с.

4. Павленко Г.В. Газодинамический расчет осевого компрессора на ЭВМ. - Учеб. пособие. - Х.: Харьк. авиац. ин-т, 1985 - 48 с.

5. Павленко Г.В. Термогазодинамический расчет газотурбинных двигателей и установок. - Учеб. пособие. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2007. - 64 с.