Турбина турбореактивного двухконтурного двигателя

Термогазадинамический расчет двигателя, профилирование лопаток рабочих колес первой ступени турбины. Газодинамический расчет турбины ТРДД и разработка ее конструкции. Разработка плана обработки конической шестерни. Анализ экономичности двигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 22.01.2012
Размер файла 1,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

2.4.3 Определение температуры диска

Сплав: ЭИ-698-ВД; =8200кг/м3; tлк =700?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:

.

Величина для охлаждаемых лопаток может быть принята равной 150.

Тогда

?С.

Разность температур обода и центра диска (tk- t0) для охлаждаемых лопаток на режиме nmax составляет 100?С. Следовательно, t0 = 450?С.

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

,

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 2.5.

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

0,04955

0,058

450

1,805

1,434

984

2

0,05846

0,05754

450,368386

1,804

1,435

983,2338

3

0,06318

0,04825

450,862064

1,804

1,435

982,2069

4

0,06836

0,03788

451,64182

1,803

1,436

980,585

5

0,07337

0,02786

452,632882

1,803

1,437

978,5236

6

0,08044

0,022

454,427756

1,802

1,438

974,7903

7

0,09376

0,02046

459,069616

1,798

1,443

965,1352

8

0,11245

0,0183

468,359007

1,792

1,451

945,8133

9

0,12872

0,01644

479,085007

1,784

1,461

923,5032

10

0,14536

0,01429

492,596074

1,775

1,474

895,4002

11

0,16666

0,01154

513,640832

1,761

1,493

851,6271

12

0,17249

0,01352

520,13492

1,756

1,499

838,1194

13

0,177

0,01804

525,375042

1,752

1,504

827,2199

14

0,1811

0,024

530,302598

1,749

1,508

816,9706

15

0,18462

0,024

534,657549

1,746

1,512

807,9123

16

0,1963

0,024

549,931892

1,735

1,527

776,1417

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 2.10) и коэффициента запаса прочности по высоте диска (рисунок 2.11).

Таблица 2.6 - Расчет на прочность диска турбины

Рисунок 2.10 - Распределение напряжений по высоте диска

Рисунок 2.11 - Изменение коэффициента запаса прочности по высоте диска

2.5 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЗАМКА ЛОПАТКИ “ЕЛОЧНОГО” ТИПА

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

Расчеты будем проводить по методике описанной в пособии [8].

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:

1) на замок действует только центробежная сила лопатки;

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

3) 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-6К;

- плотность материала: 8200кг/м3;

- число оборотов турбины: 19100 об/мин;

- угол наклона контактной площадки: ц = 45о;

- угол клина замка: 2б = 36о;

- напряжение растяжения в лопатке у корня: 344,308 МПа;

- площадь корневого сечения лопатки: 0,118·10-3 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 рисунках 2.12 - 2.14.

Рисунок 2.12 - Хвостовик лопатки

Рисунок 2.13 - Гребень диска

Рисунок 2.14 - Зуб хвостовика лопатки

Размеры элементов замкового соединения определены замерами из значений непосредственно на замковом соединении прототипа.

Результаты замеров приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Геометрические параметры замка лопатки и гребня диска

сечений

Размеры хвостовика лопатки, мм

Размеры гребня, мм

a,

мм

b, мм

li, мм

Rц.т.х,

мм

с, мм

е, мм

a,

мм

b, мм

Rц.т.г,

мм

1

13.18

24

0.81

212.78

6.9

3.14

11.62

24

210.47

2

8.85

24

0.81

204.64

6.9

3.14

14.99

24

201.56

3

4.52

24

0.81

198.45

6.9

3.14

18.36

24

194.72

2.5.2 Порядок выполнения расчета

1. Определяем центробежную силу пера лопатки:

Pцб.п. = урк·Fк = 344,308·106·0,118·10-3 =40,628 кН;

2. Определяем центробежную силу хвостовика лопатки:

Pцб.х. = mx·Rц.т.х.·щ2 =0,0738·0,208·1999,1332 =61,348 кН,

где mx = Vх ·с =9·10-6·8200=0,0738кг - масса хвостовика лопатки;

Rц.т.х = 208 мм - радиус центра тяжести хвостовика.

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

щ - угловая скорость вращения диска;

щ = =1999,133 рад/с;

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

Рцб.л. = 2·Рцб.пцб.х. = 2· 40,628 +61,348 =142,604 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:

;

9. Определение напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины:

.

Результаты расчетов по каждому из сечений заносим в таблицу 2.8.

В таблице 2.9 занесены допустимые напряжения.

Таблица 2.8 - Силы и напряжения в сечениях замковой части РК

Хвостовик лопатки

Гребень диска

mх,г

mг,г

Рцб.х., Н

Рцб.г., Н

Рi,H

усм,

МПа

уи,

МПа

фср,

МПа

ур.х.,

МПа

ур.г.,

МПа

1

0,42

22,68

7988

17198

27530

166,244

164,205

185,8289

376,9063

192,0378

2

18,86

42,18

13909

30631

27530

166,244

164,205

185,8289

380,2599

335,0678

3

7,12

63

19390

44198

27530

166,244

164,205

185,8289

849,6457

334,8403

Таблица 2.9 - Допустимые напряжения материалов лопатки и диска

усм , МПа

уи , МПа

фср , МПа

ур , МПа

урд , МПа

250

300

220

970

1100

ВЫВОДЫ

Результатом выполнения конструкторской части данной работы являются расчеты на статическую прочность рабочей лопатки и диска первой ступени турбины высокого давления, расчет на прочность замкового соединения «елочного» типа лопатки, определение динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки и анализ диапазона рабочих частот вращения на наличие резонансных режимов.

В результате статического расчета лопатки на прочность были получены значения изгибных напряжений, растяжения, и суммарных эквивалентных напряжений. Наиболее нагруженным является корневое сечение входной кромки лопатки (уУА=425.346 МПа). При использовании сплава ЖС-6К коэффициент запаса составил минимальное значение К=1,308, что является допустимым по нормам прочности.

Получены значения динамических частот первой формы изгибных колебаний рабочей лопатки первой ступени турбины, возможных при вращении ротора турбины 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.

В результате расчета диска на прочность получены значения напряжений и коэффициента запаса прочности по высоте диска. При расчете учитывалось изменение температуры по высоте диска. Максимальный запас прочности имеем на периферии диска (к=3,6). Минимальный запас прочности к=1,3 на поверхности отверстия, который 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 1,3, что говорит об удачном совмещении в конструкции диска экономии материала и массы с надежной работой на всем сроке эксплуатации.

Был проведен расчет замковой части лопатки на прочность. Рассчитывался замок «елочного» типа. 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.

Полученные коэффициенты запаса прочности по каждому из рассмотренных объектов указывают на то, что рассчитанные элементы двигателя способны работать в условиях, оговоренных режимами работы двигателя и на терять свою прочность и работоспособность в течении назначенного ресурса.

3. Технологическая часть

3.1 Анализ чертежа детали

3.1.1 Описание конструкции детали, ее назначение и условия работы

Деталь состоит из зубчатого венца (внутреннего - под шлицы, а наружного - под зубчатое колесо). Кроме того, на детали предусмотрены канавки для выхода резца при обработке.

В данном домашнем задании нам необходимо разработать план обработки этой детали.

Описание конструкции детали. Шестерня коническая состоит из зубчатого венца(наружный) и внутренних шлицев. На детали имеются отверстия.

Назначение детали. Шестерня коническая предназначена для передачи крутящего момента.

Условия работы детали. На шестерню коническую действует крутящий момент, передаваемый шлицевым соединением. Условия работы тяжёлые, следовательно, деталь должна быть надёжной в работе.

Форма поверхностей. Форма поверхностей преимущественно цилиндрическая. Исключение составляют эвольвентные профили конического венца шестерни и шлицов.

3.1.2 Обоснование выбора материала

Выбор стали для изготовления той или иной детали машин и метод её упрочнения определяются уровнем требуемой конструкционной прочности, технологичностью механической, термической и химико-термической обработки, объёмом производства, дефицитностью, стоимостью материала и себестоимостью упрочняющей обработки.

Выбор материала осуществляем с помощью справочного пособия [9].

Таблица 3.1 - Химический состав стали 12ХН2А

Таблица 3.2 - Механические свойства материала

Таблица 3.3 - Технологические свойства материала

Таблица 3.4 - Физические свойства материала

3.1.3 Выбор метода получения заготовки

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

Таким образом, учитывая назначение детали и характер нагрузок действующих на нее, а также обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости, целесообразно избрать в качестве метода получения заготовки - изготовление поковок в закрытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) в неразъёмных матрицах.

Штамповка в закрытых штампах на КГШП в неразъёмных матрицах достигается применением более точных заготовок, более точной дозировкой металла, применением обычной заготовки и компенсирующего устройства в штампах для размещения излишка металла (5-10% объёма заготовки). Точная дозировка металла для штамповки связана с дополнительными затратами из-за более сложного инструмента и меньшей производительности при отрезке.

Горячей штамповкой выдавливанием обычно на КГШП получают заготовки типа стержня с утолщением; стержни постоянного и переменного сечения; сложной формы, с центральным и эксцентричным расположением головки относительно оси и т.д.

3.1.4 Оценка технологичности по точности детали и шероховатости поверхностей

Качественная оценка технологичности

Если оценивать деталь по конфигурации расположения ее поверхностей, то можно сказать что деталь у нас технологичная, но учитывая то что в конструкцию детали входят зубья и шлицы, что требует для их изготовления специального оборудования (зубофрезерный и зубодолбежный станки),деталь автоматически становиться нетехнологичной.

Количественная оценка технологичности

1) По точности:

,

где N - количество поверхностей;

Т- значение степени точности соответствующей поверхности.

2) По шероховатости:

,

где N - количество поверхностей;

R - Значение шероховатости соответствующей поверхности.

Рисунок 3.1 - Нумерация поверхности детали

Таблица 3.5 - Степени точности поверхностей детали

№ поверхности

Количество поверхностей

Степень точности

1

1

7

6

1

6

8

1

9

13

1

6

2,3,4,5,7,9,10,11,12,14

11

12

KT>0.8 - значит деталь технологична по точности.

Таблица 3.6 - Шероховатости поверхностей детали

№ поверхности

Количество поверхностей

Шероховатость Ra

1

1

0,32

3

1

0.5

7

1

1.25

13

1

0,32

2,4,5,6,8,9,10,11,12, 14

10

5

KШ<0.32 - значит деталь технологична по шероховатости.

3.1.5 Расчет массы заготовки

Чтобы рассчитать массу заготовки необходимо:

1) Опеределить массу детали по формуле:

,

где Vдет-объем детали;

- плотность стали.

Объем детали определяем по формуле:

.

2) Определяем массу заготовки по формуле:

.

3.1.6 Степень сложности. Группа стали

Степень сложности

Степень сложности определяют как отношение массы поковки к массе геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

По ГОСТу 7505-79 принимаем степень сложности С1.

Группа стали

Материалом для изготовления детали является Сталь 12ХН2А, в которой содержание углерода равно 0,12 и легирующих элементов менее 2%, что соответствует группе М1.

Исходя из этого принимаем группу М1.

3.2 Определение точности изготовления заготовки

Для одной и той же заготовки допускаются различные классы точности для разных размеров.

Схема нумерации поверхностей показана на рисунке 3.1.

Исходными данными для определения допусков с помощью пособия [10] является, группа стали, масса и степень сложности поковки.

Таким образом, определив допуски на размеры заготовки, заносим их в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Точность изготовления заготовки

N п-п

Номинальный

р-р

Допуск заготовки

1

30

+1.1

-0.5

2-4

26

+1.1

-0.5

3

79,3

+1.7

-0.6

5-7

16

+1.1

-0.5

6

30

+1.1

-0.5

7-11

44

+1.1

-0.5

7-14

57

+1.7

-0.6

3.3 Определение числа ступеней обработки основных поверхностей детали

При определении необходимого и достаточного количества ступеней

обработки отдельных поверхностей воспользуемся зависимостями:

а) число переходов, необходимое для обеспечения заданной точности размера

,

где Тзаг - допуск размера заготовки;

Тдет - допуск размера готовой детали.

б) число переходов, необходимое для обеспечения заданной шероховатости поверхности:

,

где Тзаг - шероховатость поверхности заготовки;

Тдет - шероховатость поверхности готовой детали, заданная на чертеже.

Учитывая, что повышение точности и снижение шероховатости в ходе механической обработки происходит сначала резко (после черновых переходов - в 4…5 раз), а затем медленнее (после отделочных переходов - в 1.5…2 раза), распределяем достижимые параметры точности размеров и шероховатости поверхностей по переходам.

Полученные результаты сведены в таблицу 3.8

Таблица 3.8 - Расчет потребного количества ступеней обработки основных поверхностей детали

п/п

Размер детали, мм

Квалитет, IT

мкм

Шер-ть RZ,

мкм

Кол-во ступеней обработки

Точность по ступеням

Шероховатость по ступеням - Rz,

мкм

Методы обработки и виды операций

Д

З

Д

З

nT

n

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

1

Ш30

7

21

16

1600

1,6

160

4,1

5

5

13

11

9

8

7

80

32

10

3,2

1,6

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Предварит. шлиф. 5.Окончат. шлиф.

2-4

26

12

210

16

1600

20

160

1,92

2,25

2

14

12

80

20

1.Черновое точ-е 2.Чистовое точ-е

3

Ш 79,3

12

300

16

2300

2,5

160

1,92

4,49

4

15

14

13

12

80

20

3,2

2,5

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Шлифование

5-7

16

12

180

16

1600

20

6,3

160

160

2,06

2,25

3,51

2

4

15

14

13

12

12

12

80

80

20

20

10

6,3

1.Черновое точ-е 2.Чистовое точ-е

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Шлифование

6

Ш30

6

13

16

1600

5

160

4,54

3,75

5

14

11

9

7

6

80

40

32

10

5

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4. Чернов. шлиф. 5. Чистов. шлиф.

п/п

Размер детали, мм

Квалитет, IT

мкм

Шер-ть RZ,

мкм

Кол-во ступеней обработки

Точность по ступеням

Шероховатость по ступеням - Rz, мкм

Методы обработки и виды операций

Д

З

Д

З

nT

n

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

8

Ш 20

9

52

12

210

20

100

1,32

1,75

2

10

9

40

20

1.Сверление 2.Чернов. зенкеров. 3.Чистов. зенкеров.

7-11

44

12

250

16

1600

6,3

20

160

1,75

3,51

2,25

4

2

15

14

13

12

12

12

80

80

32

20

10

6,3

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Шлифование

1.Черновое точ-е 2.Чистовое точ-е

7-14

57

12

300

16

2300

6,3

20

160

1,92

3,51

2,25

4

2

15

14

13

12

12

12

80

80

32

20

10

6,3

1.Черновое точ-е 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Шлифование

1.Черновое точ-е 2.Чистовое точ-е

13

Ш 18

6

11

12

180

1,6

100

2,63

4,49

5

11

9

8

7

6

80

32

10

3,2

1,6

1.Сверление 2.П/чистовое точ-е 3.Чистовое точ-е 4.Предварит. шлиф. 5.Окончат. шлиф.

3.4 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ДЕТАЛИ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

При расчетно-аналитическом методе рассчитывают минимальный припуск для тел вращения на диаметр по следующей зависимости:

,

где - шероховатость поверхности, мкм, полученная на предшествующей операции;

- глубина дефектного поверхностного слоя, мкм, полученная на предыдущей операции механической обработки;

- пространственные отклонения, которые были получены на предыдущей операции, мкм;

- погрешность установки на данной операции, мкм.

Расчетный припуск определяется как сумма минимального

припуска и допуска на предшествующей ступени обработки.

Расчетный размер на последней ступени обработки ()равен размеру

готовой детали. Это же значение будет принимать и наибольший предельный размер на данной операции (Dmax) .

Расчетные размеры на предшествующих ступенях обработки

определяются по формуле:

.

Минимальные предельные значения заготовки на всех этапах ее

обработки определяются:

.

Имея значение и , можно найти значение максимального

() и минимального () припусков по следующим зависимостям:

;

.

Технологический операционный размер на каждой ступени обработки

записывается как номинальный размер с допуском. Технологический размер заготовки записывается как номинальный размер заготовки с соответствующим допуском.

Все данные сводим в таблицу 3.9.

турбина двигатель шестерня

Таблица 3 9 - Расчет припусков и операционных размеров поверхностей вращения расчетно-аналитическим методом.

Поверхность 1(30h7(0;-0,021))

Технологич.

переходы

Rz, мкм

h, мкм

, мкм

, мкм

Расч.

припуск

2Zmin, мкм

Допуск

р-ра

Td, мм

Расч.

припуск

2Znom, мм

Расч.

р-ры

Dp, мм

Принятые размеры

Принятые припуски

Операцион.

размер, мм

Dmax, мм

Dmin, мм

2Zmax, мм

2Zmin, мм

Штамповка

160

200

500

---

---

+1,1 -0,5

---

34,346

35,6

34

---

---

10 Точение черновое

80

80

30

130

2157,92

-0,33

2,658

31,688

31,9

31,57

4,03

2,16

45 Точение п-чистовое

32

32

25

130

586,84

-0,13

0,917

30,771

30,9

30,77

1,13

0,67

50 Точение чистовое

10

10

20

130

397,44

-0,052

0,527

30,244

30,3

30,248

0,652

0,47

83 Шлифов. предварит.

3,2

3,2

15

20

96,57

-0,033

0,148

30,0958

30,1

30,067

0,233

0,148

88 Шлифов. окончател.

1,6

1,6

10

20

62,8

-0,021

0,0958

30

30

29,979

0,121

0,067

Поверхность 13(18H6(+0,013;0))

10 Сверление

100

120

57,07

130

~

+0,21

~

16,115

16,11

15,9

~

~

15 Зенкеров-е

40

40

43,08

130

723,951

+0,13

0,934

17,05

17,03

16,9

1,13

0,790

35 Точение п-чистовое

20

20

25

65

320,518

+0,052

0,4505

17,5

17,452

17,4

0,552

0,37

50 Точение чистовое

10

10

20

65

219,284

+0,033

0,271

17,771

17,733

17,7

0,333

0,248

80 Шлифов. предварит.

3,2

3,2

15

25

104,031

+0,021

0,137

17,908

17,921

17,9

0,221

0,167

85 Шлифов. окончател.

1,6

1,6

10

25

71,109

+0,013

0,0921

18,0

18,013

18,0

0,113

0,079

3.5 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ДЕТАЛИ НОРМАТИВНЫМ МЕТОДОМ

Рекомендуемый минимальный припуск по ступеням обработки устанавливаем согласно [10].

Далее проводим расчеты аналогичные предыдущему разделу.

Результаты расчетов для поверхностей 3, 6, 8 заносим в таблицу 3.10.

Таблица 3.10 - Расчет припусков и операционных размеров поверхностей вращения детали нормативным методом

Поверхность 3 ?79,3 h12(0;-0.3)

Технологич

переходы

Расч.

припуск

2Zmin,мм

Допуск

р-ра

Td мм

Расч.

припуск

2Znom, мм

Расч.

р-ры

Dp, мм

Принятые размеры

Принятые припуски

Операц.

размер, мм

Dmax, мм

Dmin, мм

2Zmax, мм

2Zmin,мм

Штамповка

~

1,7

-0,6

~

86,4

88,2

85,9

~

~

15 Точение черновое

2000

1,2

2,6

83,8

83,9

82,7

5,5

2

40 Точение п-чистовое

1300

0,74

2,5

81,3

81,4

80,66

3,24

1,3

45 Точение чистовое

600

0,46

1,34

79,96

80

79,54

1,86

0,66

75Шлифов-ние

200

0,3

0,66

79,3

79,3

79

1

0,24

Поверхность 6 ?30 h6(0;-0,016)

Штамповка

~

+1,1

-0,5

~

35,467

36,7

35,1

~

~

05 Точение черновое

2000

0,62

2,5

32,967

33,1

32,48

4,22

2,0

20Точение п-чистовое

1300

0,16

1,92

31,047

31,1

30,94

2,16

1,38

25 Точение чистовое

600

0,062

0,76

30,287

30,3

30,238

0,862

0,64

60Шлифов-ние предв.

133,33

0,025

0,195

30,0917

30,1

30,075

0,225

0,138

65Шлифов-ние оконч.

66,67

0,016

0,0917

30,0

30,0

29,984

0,116

0,075

Поверхность 8 ?20 Н9(+0,052;0)

10

Сверление

~

0,21

~

19,238

19,31

19,1

~

~

15 Зенкер-е черновое

333,33

0,084

0,543

19,781

19,784

19,7

0,684

0,39

30 Зенкер-е чистовое

166,67

0,052

0,219

20,0

20,052

20,0

0,352

0,216

3.6 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ ОПЕРАЦИОННЫХ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Минимальная величина припуска определяется по формуле:

;

где RZ - шероховатость поверхности, мкм;

h - величина дефектного слоя, мкм;

е - погрешность установки детали, мкм;

Д - величина пространственных отклонений, мкм.

Все эти коэффициенты и величины определяются из справочной

литературы [10].

Все данные сводим в таблицу 3.11 .

Таблица 3.11 - Расчет припусков операционных линейных размеров детали расчетно-аналитическим методом

Поверхность, маршрут обработки

Rz, мкм

h, мкм

мкм

мкм

Расч.припуск,2Zmin, мкм

№ 2-4(26h12(-0,26))

Штамповка

160

200

500

~

~

20 Точение черновое

80

80

30

120

980

25 Точение чистовое

20

20

20

120

310

№ 5-7(16h12)

№5

Штамповка

160

200

500

~

~

05 Точение черновое

80

80

30

250

1110

25 Точение чистовое

20

20

20

120

310

№7

Штамповка

160

200

500

~

~

05 Точение черновое

80

80

30

250

1110

20 Точение п-чистовое

20

20

25

120

310

25 Точение чистовое

10

10

20

120

185

60 Шлифование

6,3

6,3

10

65

105

3.7 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ ОПЕРАЦИОННЫХ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ НОРМАТИВНЫМ МЕТОДОМ

Значения минимального припуска выбирается из справочной литературы [10].

Все данные сводим в таблицу 3.12 .

Таблица 3.12 - Расчет припусков операционных линейных размеров детали нормативным методом

№ операции

Маршрут обработки

Расч.припуск,2Zmin, мкм

№ 7-11(44h12)

№7

00

Штамповка

~

05

Точение черновое

2000

20

Точение п.чистовое

1250

25

Точение чистовое

500

60

Шлифование

180

№11

00

Штамповка

~

10

Точение черновое

2000

40

Точение чистовое

500

№ 7-14(57h12)

№7

00

Штамповка

~

05

Точение черновое

2000

20

Точение п.чистовое

1300

25

Точение чистовое

600

60

Шлифование

200

№14

00

Штамповка

~

10

Точение черновое

2000

45

Точение чистовое

600

3.8 РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ОПЕРАЦЫОННЫХ 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.

Методика построения была проведена согласно пособию [11].

После построения размерной схемы мы можем составить размерные цепи. 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 [11].

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

,

где Хr min - наименьший предельный размер увеличивающего звена размерной цепи; Хq max - наибольший предельный размер уменьшающего звена размерной цепи; nr - число увеличивающих звеньев; nq - число уменьшающих звеньев.

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

А если искомый размер является увеличивающим звеном, то:

Определив величины XX max, XX min в соответствии с [11], устанавливаем допуск на операционный размер дХ.

Далее по заранее составленным уравнениям рассчитываем номинальные размеры и предельные отклонения операционных припусков.

Размерная схема обработки торцевых поверхностей детали представлена на рисунке 3.2.

Расчет размерных цепей приведен в таблице 3.13.

В соответствии с полученными операционными размерами выполняем построение окончательного плана обработки детали.

Рисунок 3.2 - Размерная схема обработки торцевых поверхностей детали

Таблица 3.13 - Расчет линейных операционных размеров детали

Замык. р-р, мм

Исх. уравнение

Расчетный р-р, мм

Допуск, мм

Принят. р-р, мм

Принят. припуски,мм

21,64

-0,045

57

-0,062

-0,062

x = 0,126

-0,126

x = 0,091

-0,091

Замык. р-р, мм

Исх. уравнение

Расчетный р-р, мм

Допуск, мм

Принят. р-р, мм

Принят. припуски,мм

x = 0,086

-0,086

-0,25

-0,062

x = 0,024

-0,024

Замык. р-р, мм

Исх. уравнение

Расчетный р-р, мм

Допуск, мм

Принят. р-р, мм

Принят. припуски,мм

-0,3

-0,25

-0,46

-0,62

-0,74

-0,62

+1,7

-0,6

Замык. р-р, мм

Исх. уравнение

Расчетный р-р, мм

Допуск, мм

Принят. р-р, мм

Принят. припуски,мм

+1,1

-0,5

+1,7

-0,6

+1,1

-0,5

3.9 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСНОВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛИ

3.9.1 Токарная операция

Рисунок 3.3 - Схема токарной операции №5

Для выполнения данной операции выбран токарно-винторезный станок 1А616.

Таблица 3.14 - Режимы резания токарной операции

Режущий инструмент

t, мм

S, мм/об

nд, об/мин

Vд, м/мин

T0, мин

Переход 1

Токарный подрезной отогнутый правый резец Т5К10 ГОСТ 18880-73

1,26

0,4

254

26,4

0,19

Переход 2

Токарный проходной отогнутый правый резец Р6М5 ГОСТ 18868-73

2,75

0,8

1017

150

0,055

где t - глубина резания, мм;

S - подача , мм/об;

nд - частота вращения шпинделя станка, об/мин;

Vд - действительное значение скорости резания, м/мин;

T0, - время, мин (общее операционное время составляет 0,245мин = 14,7с).

3.9.2 Сверлильная операция

Рисунок 3.4 - Эскиз операции сверления

В соответствии с методом обработки выбираем вертикально - сверлильный станок модели 2А135.

Таблица 3.15 - Режимы резания сверлильной операции

Режущий инструмент

t, мм

S, мм/об

nд, об/мин

Vд, м/мин

T0, мин

Переход

1

Сверло спиральное с цилиндрическим длинным хвостовиком Р6М5 ГОСТ 886-77

1,5

0,08

1100

10,4

0,43

где t - глубина резания, мм;

S - подача , мм/об;

nд - частота вращения шпинделя станка, об/мин;

Vд - действительное значение скорости резания, м/мин;

T0, - время, мин (общее операционное время составляет 0,43мин = 25,8с).

3.9.3 Операция шлифовальная

Рисунок 3.5 - Эскиз шлифовальной операции

Операция шлифования выполняется в 1 переход: шлифование поверхности 6. Схема шлифования - врезная .

Для данной операции выбираем круглошлифовальный станок модели 3151.

Таблица 3.16 - Режимы резания шлифовальной операции

Режущий инструмент

t, мм

S, мм/об

nд / nкруг об/мин

Vд / Vкруг м/мин

T0, мин

Переход

1

Шлифовальный круг ПП 550х150х10 25А 50 СТ2 5К5 35 А1

0,046

0,003

300/1050

28,3/1813

0,04

где t - глубина резания, мм;

S - подача , мм/об;

nд - частота вращения шпинделя станка, об/мин;

Vд - действительное значение скорости резания, м/мин;

T0, - время, мин (общее операционное время составляет 0,04мин = 2,4с).

3.9.4 Токарная операция

Рисунок 3.6 - Схема токарной операции

Для данной операции выбираем станок IA616 токарно-винторезный .

Таблица 3.17 - Режимы резания токарной операции

Режущий инструмент

t, мм

S, мм/об

nд, об/мин

Vд, м/мин

T0, мин

Переход 1

Токарный расточной цельный Т15К6 ГОСТ 18063-72

0,135

0,15

1281

71

0,15

Переход 2

Токарный проходной упорный отогнутый резец Т15К6 ГОСТ 18879-73

0,263

0,15

1281

122

0,03

где t - глубина резания, мм;

S - подача , мм/об;

nд - частота вращения шпинделя станка, об/мин;

Vд - действительное значение скорости резания, м/мин;

T0, - время, мин (общее операционное время составляет 0,18мин = 10,8с).

ВЫВОДЫ

Проектирование последовательности обработки конической шестерни состоит из таких основных этапов:

1 Анализ рабочего чертежа детали - анализ конструкторских баз, шероховатости поверхностей готовой детали, детальное изучение технических требований.

2 Выбор метода получения заготовки - штамповка. Для этого тщательно изучены условия работы детали, вид нагрузки действующей на нее, тип производства.

3 Расчет и обоснование количества ступеней обработки конической шестерни.

4 Построение плана обработки детали.

5 Расчет основных диаметральных и торцевых поверхностей детали расчетно-аналитическим и нормативным методами.

6 Построение размерной схемы обработки основных торцевых поверхностей детали и расчет ее линейных операционных размеров.

7 Выполнение чертежа заготовки.

8 Построение окончательного плана обработки детали.

9 Определение основных режимов резанья четырех операций из плана обработки детали:

- операция № 5 (токарная);

- операция № 55 (сверлильная);

- операция № 65 (шлифовальная);

- операция № 50(токарная).

4. Экономическая часть

4.1 Анализ экономичности двигателя

В данном разделе рассмотрим экономичность эксплуатации в сравнении с прототипом данного двигателя. Так как за счет улучшения параметров двигателя (степени повышения давления в компрессоре и температуры газа за камерой сгорания) увеличивается удельная тяга двигателя. Это ведет к более дешевой эксплуатации силовой установки.

Приведем параметры прототипа и проектируемого двигателя:

Таблица 4.1 - Параметры сравнения двигателей

Параметр

Размерность

Проектируемый двигатель

Прототип

К

1500

1480

-

16.1

15.9

50.15

50.2

m

-

1.19

1.19

P

H

28300

25000

Pуд

564

515.593

Cуд

0.0666

0,064

Из таблицы 4.1 видно, что удельная тяга у проектируемого двигателя выше, чем у прототипа. Это достигается за счет увеличения степени повышения давления в компрессоре и температуры газов перед турбиной. Но при этом незначительно увеличивается удельный расход топлива.

Подсчитаем процентное повышение экономичности проектируемого двигателя по сравнению с прототипом:

;

.

Таким образом проектируемое изделие имеет на 4,06% большее значение удельного расхода топлива, но имеем и на 9,39% большее значение удельной тяги, чем у прототипа. Также известно, что каждые 10Н тяги двигателя позволяют увеличить полезную нагрузку летательного аппарата на 1,65 кг. Тяга проектируемого изделия на 3300Н выше чем у прототипа.

Далее оценим в денежном эквиваленте, каковы финансовые плюсы данного проекта.

Данная силовая установка будет устанавливаться на среднемагистральный самолет пассажирского назначения. На данном типе самолета предусмотрены две силовые установки. Продолжительность полета на взлетном режиме в среднем составляет 10 мин=0,167часа.

Исходные данные:

· Количество двигателей: n=2;

· Продолжительность полета: t=0,167ч;

· Стоимость 1кг топлива (керосин марки Т1): Ц=1,5ден.ед./кг;

· Стоимость проездного билета: Б=300 ден.ед.;

· Удельная полезная нагрузка: Н=0,165 кг/Н;

· Расход топлива на один двигатель:

.

- проектируемый двигатель;

- прототип.

Стоимость топлива, расходуемого за полет (проектируемый двигатель):

Аналогично вычисляем стоимость топлива, расходуемого за полет для прототипа:

Вычисляем разницу: ;

Сравним по параметру грузоподъемности:

,

где Р - тяга двигателя;

G - масса самолета с двигателем.

Так как G одинакова в двух двигателях и Рпроэкт > Рпрот на 13,2%, то и грузоподъемность самолета увеличелась в 13,2%, следовательно мы можем увеличеть массу. Например, поставить дополнительные баки.

ВЫВОДЫ

Путем улучшения параметров двигателя мы получили увеличение расхода топлива, однако вмести с этим мы получаем значительное увеличением тяги на 13,2%, а следовательно и увеличение грузоподъемности самолета. А это существенный фактор в наше время.

Спроектированный двигатель удовлетворяет экономическим требованиям, предъявляемым к силовым установкам военных и учебно-тренировочных самолетов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная выпускная работа бакалавра состоит из следующих частей:

· теоретическая часть;

· конструкторская часть;

· технологическая часть;

· экономическая часть.

Прототипом проектируемого двигателя является двухконтурный турбореактивный двухвальный двигатель.

В теоретической части мы подвели итоги и привели необходимые расчеты и данные для того чтобы показать:

1) Распределение основных параметров по проточной части двигателя.

Этот пункт включает в себя от газодинамического расчета всего двигателя в целом, согласование параметров компрессоров и турбин, а также газодинамического расчета турбины. Приведенные расчеты проводились с использованием ЭВМ. В результате расчетов были получены необходимые и достаточные параметры для построения картины распределения параметров

(Т К.,С м/c.,Р Па.,) по проточной части двигателя на листе формата А1.

2) Профилирование рабочей лопатки первой ступени турбины.

В реальной практике процесс проектирования турбинных лопаток достаточно сложный и трудоемкий, требующий учета зачастую противоречивого влияния газодинамических, конструктивных и технологических факторов. При этом оптимальная конструкция пера лопатки является результатом варьирования многочисленных параметров, что создает предпосылки применения ЭВМ.

Результатом выполнения конструкторской части данной работы являются расчеты на статическую прочность рабочей лопатки и диска первой ступени турбины высокого давления, расчет на прочность замкового соединения «елочного» типа лопатки, определение динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки и анализ диапазона рабочих частот вращения на наличие резонансных режимов.

По итогам конструкторской части проекта можно сделать соответствующие выводы и подвести итоги:

1)В результате расчёта лопатки и диска РК первой ступени турбины на прочность получено распределение напряжений и коэффициентов запаса по длине пера лопатки.

Из расчета можно сделать вывод, что в самых тяжелых условиях работают корневые сечения лопатки, минимальный коэффициент запаса составил 1,308. Согласно нормам прочности минимальный коэффициент запаса для турбинных лопаток должен быть не менее 1,25.Следовательно, лопатки РК первой ступени турбины имеют малую вероятность разрушения от статических нагрузок.

В результате расчёта диска на прочность, минимальный коэффициент запаса по длительной прочности К=1,3. Минимальный запас согласно нормам прочности должен быть не менее 1,2. Рассчитываемый диск удовлетворяет нормам прочности.

2) На основании построенной частотной диаграммы, было выяснено, что все резонансные режимы работы лопатки лежат вне зоны рабочих режимов работы двигателя.

3)Полученные в результате расчёта на прочность замка лопатки турбины напряжения меньше допускаемых. Следовательно, вероятность разрушения хвостовика лопатки либо замковой части диска достаточно мала.

Разработан чертеж турбины на листе формата А1.

Технологическая часть была посвящена разработке типового технологического процесса производства детали типа коническая шестерня. Процесс разработки включает в себя несколько этапов:

-анализ чертежа детали (выбор материала, выбор метода получения заготовки);

- определение точности размеров заготовки;

- расчет количества ступеней обработки основных поверхностей;

- расчет припусков на диаметральные и торцевые поверхности;

В итоге технологической части данного проекта мы получили изображение на листе формата А1 - технологического процесса производства авиационной детали - коническая шестерня, и на листе формата А3 - заготовки для производства конической шестерни.

Экономическая часть была посвящена такому аспекту, как экономичность эксплуатации в сравнении с прототипом данного двигателя. Можно сделать вывод, что за счет увеличения параметров двигателя удельный расход топлива увеличился, но в то же время значительно повысилась удельная тяга. Это ведет к более прибыльной эксплуатации силовой установки.

В процессе выполнения выпускной работы бакалавра была спроектирована турбина ТРДД для учебно-тренировочного самолета, которая удовлетворяет требованиям современной авиации и двигателестроения.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 - Газодинамический расчет осевого компрессора

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Брехов А.Ф. Выбор параметров и термодинамический расчет двухконтурных турборекативных двигателей: учеб. пособие / А.Ф. Брехов, Г.В. Павленко, Е.А. Поляков. - Х.: ХАИ, 1984. - 97 с.

2 Буслик Л.Н. Согласование параметров и определение основных размеров турбин и компрессоров ГТД: учеб. пособие /Л.Н. Буслик, В.И. Коваленко. - Х.: ХАИ, 1996. - 51 с.

3 Павленко Г.В. Газодинамический расчёт осевой газовой турбины: учеб. пособие.- Х.: ХАИ, 1985. - 93 с.

4 Коваль В.А. Профилирование лопаток авиационных турбин : учеб. пособие.- Х.: ХАИ, 1986. - 49 с.

5 Шошин Ю.С. Расчет на прочность рабочей лопатки компрессора или турбины: учеб. пособие /Ю.С. Шошин. С.В. Епифанов, С.Ю. Шарков. - Х.: ХАИ, 1993.- 32 с.

6 Шошин Ю.С. Расчет динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки компрессора или турбины и построение частотной диаграммы: учеб. пособие /Ю.С. Шошин. С.В. Епифанов, С.Ю. Шарков. - Х.: ХАИ, 1992.- 23 с.

7 Шошин Ю.С. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин: учеб. пособие /Ю.С. Шошин, С.В. Епифанов, Ф.М. Муравченко. - Х.: ХАИ, 1996. - 28 с.

8 Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей: учебник / Г.С. Скубачевский. - М.: Машиностроение, 1981. - 550 с.

9 Краткий справочник металлиста: /П.Н. Орлов, Е.А. Скороходов; под ред. П.Н. Орлова. - М.: Машиностроение, 1987. - 960 с.

10 Косилова А.Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении: Справочник технолога /А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. - М.: Машиностроение, 1976. - 288 с.

11 Гранин В.Ю. Определение припусков на механическую обработку и технологические размерные расчеты: учеб. пособие /В.Ю. Гранин, А.И. Долматов, Э.А. Лимбер. - Х.: ХАИ, 1993. - 119 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Термогазодинамический расчет двигателя, выбор и обоснование параметров. Согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет турбины и профилирование лопаток РК первой ступени турбины на ЭВМ. Расчет замка лопатки турбины на прочность.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 12.03.2012

  • Термогазодинамический расчет двигателя. Согласование работы компрессора и турбины. Газодинамический расчет осевой турбины на ЭВМ. Профилирование рабочих лопаток турбины высокого давления. Описание конструкции двигателя, расчет на прочность диска турбины.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.01.2012

  • Проект двигателя для привода газоперекачивающего агрегата. Расчет термодинамических параметров двигателя и осевого компрессора. Согласование параметров компрессора и турбины, профилирование компрессорной ступени. Газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [429,8 K], добавлен 30.06.2012

  • Согласование параметров компрессора и турбины и ее газодинамический расчет на ЭВМ. Профилирование лопатки рабочего колеса и расчет его на прочность. Схема процесса, проведение токарной, фрезерной и сверлильной операций, анализ экономичности двигателя.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.03.2011

  • Разработка конструкции охлаждаемой лопатки ступени турбины высокого давления ТРДД. Создание сетки конечных элементов с помощь подмодуля САПР. Расчет граничных условий теплообмена, температурного поля, термонапряженного состояния и его оптимизации.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.02.2012

  • Профилирование ступени турбины высокого давления, газодинамический расчет. Проектирование камеры сгорания и выходного устройства; построение треугольников скоростей и решеток профилей турбины в межвенцовых зазорах на внутреннем и наружных диаметрах.

    курсовая работа [615,0 K], добавлен 12.03.2012

  • Расчет параметров потока и построение решеток профилей ступени компрессора и турбины. Профилирование камеры сгорания, реактивного сопла проектируемого двигателя и решеток профилей рабочего колеса турбины высокого давления. Построение профилей лопаток.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.02.2012

  • Выбор и обоснование параметров двигателя, его термогазодинамический расчет. Термогазодинамический расчёт двигателя на ЭВМ. Согласование параметров компрессора и турбины. Профилирование ступени компрессора, газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.09.2010

  • Расчет и профилирование элементов конструкции двигателя: рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора, турбины. Методика расчета треугольников скоростей. Порядок определения параметров камеры сгорания, геометрических параметров проточной части.

    курсовая работа [675,3 K], добавлен 22.02.2012

  • Профилирование лопатки первой ступени турбины высокого давления. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу. Расчет и построение решеток профилей РК турбины на ПЭВМ.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.