T_k = T_лк - Дt

Величина Дt зависит от конструкции замка и для "елочных" замков составляет 50 … 100⁰ С. Учитывая особенности охлаждения замковой части лопатки принимаем Дt = 80 ^oС, тогда Т_k = 730 - 80 = 650 ^oС.

Изменение температуры диска по радиусу приближенно подчиняется закону изменения квадратной параболы и для диска с центральным отверстием определяется по формуле:

,

где R_k, R, R₀ - наружный, текущий радиусы и радиус центрального отверстия соответственно;

T₀ - температура диска на радиусе R₀.

Разность температур обода и центра диска (Т_k - Т₀) в стационарном тепловом состоянии диска на режиме n_макс составляет 100…250^oС в зависимости от условий охлаждения диска. Выбрав для проектируемого диска турбины значение разности температур и зная температуру Т_k, можно найти температуру центра диска.

Принимаем (Т_k - Т₀ ) = 150 ^oС, тогда Т₀ = 500 ^oC.

Вычислив распределение температур по радиусу диска можно определить распределение следующих величин ¹⁰⁰, Е, = f(Т). Результаты этих расчетов сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Результат расчета параметров

№ сечения	R, мм	Ri/Ri-1, мм	b, мм	bi/bi-1, мм	Tr, oС	Sigma100, Мпа	Е, 105 Мпа	Alfa, 10-5		To, oС	500
1	57,2	-	98,3	-	500	950	215000	1,46		Tk, oС	650
2	68,6	1,199	98,3	1	500,5	949	214900	1,46		(Tk-To), oС	150
3	74,7	1,089	98,3	1	501,2	947	214800	1,46		Ro, мм	57,2
4	84,5	1,131	78,6	0,8	502,8	944	214600	1,46		Rk, мм	255,7
5	92,4	1,093	62,8	0,8	504,7	940	214300	1,46		(Rk-Ro), мм	198,5
6	98,7	1,068	50,2	0,8	506,6	936	214000	1,46
7	103,6	1,05	40,2	0,8	508,2	932	213700	1,46
8	107,8	1,041	35,4	0,88	509,7	930	213500	1,46
9	139,9	1,298	31	0,88	526	890	208000	1,47
10	175,3	1,253	26,8	0,86	553,1	800	200000	1,485
11	210,1	1,199	22,6	0,84	589	720	182000	1,495
12	246,3	1,172	18,3	0,81	636,1	630	178000	1,52
13	249,3	1,012	20,1	1,1	640,5	620	177500	1,525
14	250,8	1,006	24,5	1,22	642,7	615	177100	1,525
15	255,7	1,02	24,5	1	650	600	176500	1,53

Расчёт на ЭВМ

Вычисления делаем по программе Disk_112.exe.

Результаты расчета приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Результат расчета диска на прочность на ЭВМ

Рисунок 2.5 - График распределения напряжений диска по сечениям



Рисунок 2.6 - График распределения коэффициента запаса прочности по сечениям

Произведен расчет статической прочности диска ТВД. Из полученных результатов следует, что значения запасов прочности во всех сечениях удовлетворяют нормам прочности: . Показано распределение напряжений и изменение коэффициента запаса прочности по высоте диска.

2.4 Расчёт на прочность внешнего корпуса камеры сгорания

Как правило, камера сгорания рассчитывается на прочность и устойчивость на максимальном режиме работы двигателя при полете у земли с максимальной скоростью в зимних условиях.

Под влиянием внутреннего давления воздуха стенки наружного корпуса КС испытывают напряжения растяжения. Приближённый расчет производится в предположении, что разрыв корпуса камеры происходит по образующей. В целях упрощения расчета допускается представлять наружный корпус в виде цилиндрической оболочки, с диаметром, равным среднему диаметру реального корпуса. На рисунке 2.7 схематически изображён разрез внешнего корпуса КС.

Давление, действующее изнутри на внешний корпус КС равно закомпрессорному, т.к. между жаровой трубой и внешним корпусом находится воздух, поступающий из-за компрессора. Снаружи на корпус действует атмосферное давление.

При расчете камеры сгорания на прочность принимаем следующие допущения:

· камеру сгорания рассматриваем как оболочку, нагруженную внутренним нормальным давлением равным давлению воздуха за компрессором, полученным при газодинамическом расчете;

· на оболочку так же действует внешнее нормальное давление, равное атмосферному.

Рисунок 2.7 - Конструктивная схема оболочки КС

Напряженное состояние таких оболочек, за исключением участков, расположенных вблизи фланцев или мест действия сосредоточенных сил, достаточно точно определится на основании безмоментной теории, которая предполагает отсутствие внутренних изгибающих и крутящих моментов, а следовательно, и перерезывающих сил.

Исходные данные

1. Материал - сталь 1Х18Н9Г.

2. Средний диаметр оболочки D = 0,565 м.

3. Толщина оболочки = 0,002 м.

4. Давление снаружи оболочки Па.

5. Давление изнутри оболочки Па.

6. Избыточное давление Па.

Расчётная формула имеет вид:

МПа.

Запас прочности в оболочке определим по формуле:

, где

у_В - предел прочности материала с учетом температурного нагрева и длительности работы, (порядка 400 МПа для легированных сталей).

Полученное значение коэффициента запаса прочности полностью удовлетворяет установленным требованиям: .

2.5 Расчет на прочность замкового соединения

Крепление рабочих лопаток к роторам компрессоров и турбин осуществляется специальными замками.

Выбор типа замка проводится на основании специфических особенностей работы узла, для которого он предназначен.

Помимо общих требований, характерных в целом для ГТД, к конструкции замков лопаток предъявляются такие, как высокая прочность, легкость, конструктивная простота, технологичность, низкая стоимость, возможность демонтажа и ремонта лопаточного венца, надежность и долговечность.

Замковое соединение передает на диск нагрузки, действующие на рабочую лопатку, и нагружает диск центробежной силой собственной массы. Различие в температуре и коэффициентах линейного расширения материалов сочленяемых лопаток и дисков, а также неравномерность температуры по радиусу диска обусловливают в ряде случаев появление значительных термических сил, сжимающих соединения в тангенциальном направлении. Наибольшую нагрузку для замкового соединения составляет центробежная сила рабочей лопатки. Поэтому их в основном принимают во внимание при конструировании и расчете на прочность замков лопаток.

Прочность замковых соединений уменьшается вследствие снижения механических свойств материалов лопаток и дисков турбин, работающих при высоких температурах.

При таком соединении лопаток с диском материал используется наиболее рационально. Замок легок, прочен. При необходимости прочность соединения может быть повышена за счет увеличения числа пар зубьев на хвостовике лопатки, однако это приводит к уменьшению радиусов скруглений и вызывает увеличение концентрации напряжений в элементах замка. Угол клина хвостовика лопатки обычно равен 30?.

Посадка хвостовика лопатки в пазе диска может быть с натягом и с зазором. Последний способ наиболее распространен. Оптимальное число пар зубьев 4-7.

ШЕлочныйШ замок выгодно сочетает в себе все основные требования к данным сочленениям; основные его недостатки - конструктивная сложность и высокая стоимость производства.

Допущения при расчетах на прочность замковых соединений

Расчет на прочность замка состоит из расчета замковой части лопатки (хвостовика) и замковой части обода диска (гребня).

За расчетный случай обычно принимают режим максимального числа оборотов ротора двигателя при максимальном расходе воздуха (у земли).

Сложность форм хвостовиков лопаток и замковой части обода вызывает концентрацию напряжений в элементах замкового соединения. Фактические напряжения, как правило, в полтора-два раза превышают напряжения, полученные расчетами. Указанное обстоятельство учитывается при определении запасов прочности применением соответственно заниженных допускаемых напряжений.

Допускаемые напряжения для каждого типа замка устанавливаются на основании статистики по указанным напряжениям в ранее изготовленных и успешно отработавших заданные ресурсы газотурбинных двигателях.

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 лопатки в пазе пренебрегают.

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

· на замок действуют только центробежные силы лопатки;

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

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



Рисунок 2.8 - Рабочие лопатки ТВД двигателя-прототипа

На рис. 2.8 показаны рабочие лопатки ТВД двигателя-прототипа. Следует обратить внимание на то, что в 2 лопатки вместе образуют замок ШелочногоШ типа и учесть это в расчетах.

Методика расчета замка ШелочногоШ типа

Расчетная схема замка ШелочногоШ типа показана на рис. 2.9.

Рисунок 2.9 - Расчетная схема замка елочного типа

Предполагается, что замок нагружается только центробежной силой, состоящей из центробежной силы пера лопатки и центробежной силой хвостовика лопатки:

,

где - площадь корневого сечения лопатки, мм²;

- напряжение растяжения в корневом сечении лопатки от действия центробежных сил, Н/мм²;

,

где - масса хвостовика лопатки, кг;

- радиус центра тяжести хвостовика лопатки, м;

- угловая скорость вращения диска, рад/с.

Учитывая сделанные ранее допущения, считаем, что полная центробежная сила лопатки: , распределяется между зубьями замка пропорционально величинам их контактирующих поверхностей.

Схема нагружения и геометрические размеры зуба хвостовика лопатки ШелочногоШ типа показаны на рис. 2.10.

Рисунок 2.10 - Схема нагружения зуба замка:

D; К - точки, ограничивающие скругление впадин между зубьями замка; АD - ширина контактной площадки зуба; RB - линия, параллельная оси лопатки Or; ВМ - линия, проходящая через центры тяжести контактных площадок зубьев замка.Если ширина полосы контакта будет у всех зубьев одинакова, то нормальная нагрузка на i-й зуб определяется из выражения:

,

где б - угол наклона плоскости контакта зуба (обычно для всех зубьев б = const);

- длина i-го зуба;

n - число пар зубьев на замке.

Напряжения смятия на зубьях:

.

Предельное напряжение смятия для материала ЖС-6К:

Напряжения изгиба у основания зуба определяются из выражения:

,

где ц - половина угла клина хвостовика лопатки;

h - высота основания зуба (по линии FN).

Предельное напряжение изгиба для материала ЖС-6К: .

Максимальное напряжение среза определяется из выражения:

,

где - высота зуба у конца контактной поверхности.

Предельное напряжение среза для материала ЖС-6К:

Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении I:

.

Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении II:

.

Центробежные силы элементов хвостовика лопатки , и т. д. определяют по их геометрическим размерам, угловой скорости вращения и радиусам центров тяжести элементов, аналогично центробежной силе хвостовика лопатки. Напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в n-м сечении:

.

Предельное напряжение растяжения для материала ЖС-6К: .



Рисунок 2.11 - Гребни обода диска

На рис. 2.11 изображены гребни обода диска, которые нагружаются центробежными силами собственных масс. Напряжения среза, изгиба и смятия в зубьях гребня обода диска имеют те же значения, что и в зубьях хвостовика лопатки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.12 - Расчетная схема гребня обода диска при елочном замке крепления лопатки

Напряжения растяжения в сечениях гребня обода диска нагружаются дополнительно центробежными силами собственных масс. Напряжения растяжения в сечении I гребня определяются из выражения:

,

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

а₁; d₁ - геометрические размеры первого сечения гребня обода диска, мм;

в - угол наклона плоскости контакта зуба гребня (в=б).

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

.

Предельное напряжение растяжения для материала ЭИ-437Б: .

Размеры элементов замкового соединения определены замерами их значений непосредственно на чертежах и на замковом соединении прототипа.

Результаты определения замеров приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Размеры хвостовика лопатки и гребня диска

№ сечения	Размеры хвостовика лопатки, мм	Размеры гребня диска, мм
	l, мм	b, мм	дк, мм	Rц.т.х, мм	с, мм	е	a, мм	d, мм	Rц.т., мм	Vд., м3
I	14.5	30.25	7.6	274.2	5.75	1.4	10.5	30.25	277	1.5.10-6
II	13.3	27.4	7.6	266.6	5.75	1.4	13.5	27.4	269.5	2.1.10-6
III	9.25	24.55	7.6	259	5.75	1.4	16.5	24.55	262	3.10-6
IV	5.2	21.7	7	251.3	5.75	1.4	20.5	21.7	255	3.9.10-6

1. Определение центробежной силы пера лопатки. При этом следует помнить об особенности конструкции, примененной в двигателе-прототипе: из-за большого количества лопаток в один паз на ободе диска устанавливаются две лопатки:



2. Для определения центробежной силы хвостовика лопатки необходимо знать его массу:

,

где с_л - плотность материала лопатки;

V_x - объем хвостовика;

;

3. Определение полной центробежной силы:

4. Расчет нормальной нагрузки на i-й зуб:

5. Определение напряжений смятия на зубьях:

Определим коэффициент запаса прочности:

6. Определение напряжений изгиба у основания зуба:

Определим коэффициент запаса прочности:

7. Максимальные напряжения среза:

Определим коэффициент запаса прочности:

8. Для нахождения напряжение растяжения в перемычке хвостовика лопатки в сечении I необходимо знать центробежную силу хвостовика, действующую в этом сечении:

Определим напряжения растяжения в перемычке хвостовика лопатки в остальных сечениях:

Определим коэффициент запаса прочности:

9. Напряжения растяжения в сечении I гребня диска определяются из выражения:

.

Центробежная сила , действующая на элементы гребня обода диска

Напряжения растяжения в остальных сечениях гребня обода диска:

Определим коэффициент запаса прочности:

Полученные в результате расчета напряжения во всех сечениях диска и лопатки удовлетворяют нормам прочности. Минимальный запас прочности К=1.38 (от действия напряжений растяжения в 4-й паре зубьев обода диска). Минимальный запас согласно нормам прочности должен быть не менее 1.3.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Выбор материала заготовки и определение показателей технологичности детали

Улучшение основных параметров двигателей летательных аппаратов, их надежность, ресурс работы, экономичность в эксплуатации тесно связаны с качеством изготовления основных деталей и сборки машины. Высокая точность деталей, требования к их поверхностному слою и физико-химическим свойствам материала, широкое использование жаропрочных, тугоплавких, композиционных материалов и легких сплавов, применение новейших методов получения заготовок и их обработки - характерные особенности производства современных двигателей летательных аппаратов.

По современным воззрениям, задачей технологии машиностроения как научной дисциплины является изучение не физической сущности процессов переработки, обработки, соединения материалов и полуфабрикатов, и оборудования для их выполнения, а методов использования этих процессов для изготовления предметов с заранее заданными параметрами, т.е. технологических процессов заготовок деталей, деталей, узлов машин, машин в целом.

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

· условия работы данной детали;

· экономические факторы;

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

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

В качестве материала принимаем коррозионно-стойкую и жаропрочную Сталь 14Х17Н2 ГОСТ 5632-72.

Данные по стали 14Х17Н2 сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Справочные данные по по стали 14Х17Н2 ГОСТ 5632-72

Химический состав в % материала 14Х17Н2

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti	Cu
0.11 - 0.17	до 0.8	до 0.8	1.5 - 2.5	до 0.025	до 0.03	16 - 18	до 0.2	до 0.3

Температура критических точек материала 14Х17Н2.

Ac1 = 720 , Ac3(Acm) = 830 , Ar1 = 700

Механические свойства при Т=20^oС материала 14Х17Н2 .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Поковки	до 1000		784	637	12	30	490	Закалка 980 - 1020oC, масло, Отпуск 680 - 700oC, воздух,
Сорт	60		1080	835	10	30	490	Закалка 975 - 1040oC, масло, Отпуск 275 - 350oC, воздух,
Сорт	60		835	635	16	55	750	Закалка 1000 - 1030oC, масло, Отпуск 620 - 660oC, воздух,

Твердость материала 14Х17Н2 после закалки и отпуска ,	HB 10 -1 = 228 - 293 МПа
Твердость материала 14Х17Н2 после отжига ,	HB 10 -1 = 285 МПа

Физические свойства материала 14Х17Н2 .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.97		20.9	7750		720
100		9.8	21.7			780
200		10.6	22.6			840
300	1.67	10.8	23.4			890
400		11	24.3			990
500	1.51	11.1	25.1			1040
600	1.36	11.8	25.9			1110
700		11	26.8			1130
800		10.7	28			1160
900		11.4	29.7			1170
1000		11.5				1180
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Технологические свойства материала 14Х17Н2 .

Свариваемость:	трудносвариваемая.
Склонность к отпускной хрупкости:	склонна.

Обозначения:

Механические свойства:
sв	- Предел кратковременной прочности, [МПа];
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа];
d5	- Относительное удлинение при разрыве, [ % ];
y	- Относительное сужение, [ % ];
KCU	- Ударная вязкость, [ кДж / м2];
HB	- Твердость по Бринеллю, [МПа].

Физические свойства:
T	- Температура, при которой получены данные свойства, [Град];
E	- Модуль упругости первого рода, [МПа];
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), [1/Град];
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)];
r	- Плотность материала, [кг/м3];
C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)];
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м].
Свариваемость:
без ограничений	- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки;
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке;
трудносвариваемая	- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг.

Выбор метода получения заготовки

При выборе метода получения заготовки необходимо учитывать получение заданного качества готовой детали; иметь наименьшую себестоимость; обеспечить минимальное время получении детали.

Данная деталь имеет малые габаритные размеры и выполнена из стали, обладающей высокими физико-химическими характеристиками. Расположение волокон в детали параллельно оси. Деталь имеет цилиндрическую форму и незначительные перепады размеров по диаметру, поэтому целесообразно в качестве заготовки выбрать круглый прокат.

Принимаем в качестве заготовки Круг 22-В ГОСТ 2590-88.

Оценка технологичности по точности

Определим средний квалитет точности поверхности детали:

,

где N - количество поверхностей;

Т - степени точности соответствующей поверхности.

Таблица 3.2 - Точность и шероховатость поверхностей

№ поверхности	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Шероховатость по Rа	5	5	5	5	5	5	5	1.25	5	1.25	5	5	5	2.5	5	1.25	5	5
Точность поверхности	-	-	8	12	-	7	12	12	-	8	-	-	-	-	-	12	12	-

.

Коэффициент точности обработки:

.

Оценка технологичности по шероховатости

Определим среднюю шероховатость поверхности детали:

,

где N - количество поверхностей.

R - значение шероховатости соответствующей поверхности.

Коэффициент по шероховатости поверхностей:

Так как , то деталь технологична по точности и шероховатости.

Таблица 3.3 - Определение допуска на заготовку

№ поверхности	Размер, мм		, мм
3	Ш30
1-11	36

Расчет потребного числа ступеней обработки

При определении необходимого и достаточного количества ступеней обработки поверхностей для обеспечения заданных характеристик точности размеров и шероховатостей воспользуемся зависимостями:

а) число переходов, необходимое для обеспечения заданной точности размера:

, где

Т_заг - допуск размера заготовки;

Т_дет - допуск размера детали.

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

, где

Т_заг - шероховатость поверхности заготовки;

Т_дет - шероховатость поверхности детали.

Изменения точности и шероховатости должно подчинятся арифметической прогрессии. Сначала точность и шероховатость изменяются резко (при черновой обработке), а затем плавно при последующих доводочных операциях. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Расчет потребного числа ступеней обработки
№ пов.	Размер, мм	Точность, мкм	Шероховатость Rz, мкм	Число ступеней обработки	Точность по ступеням	Шероховатость по ступеням	Методы и виды обработки
	Деталь	Заготовка	Деталь	Заготовка	Деталь	Заготовка	nT	nШ	nприн	1	2	3	4	1	2	3	4
11 18	23,5	-	IT12/210	IT12/210	20	80	0	1,51	2	-	-	-	-	40	20	-	-	сверление
																		растачивание черновое
																		растачивание чистовое
1 9	8	-	IT12/150	IT15/580	20	120	1,28	1,95	2	-	-	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
1 2	4	-	IT12/120	IT15/480	20	120	1,3	1,95	2	-	-	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
3	30	35	IT8/33	IT15/1000	20	120	3,22	1,95	4	13	11	9	8	80	50	30	20	точение черновое
																		точение получистовое
																		точение чистовое
																		шлифование
11 5	16,5	-	IT12/180	IT15/700	20	120	1,28	1,95	2	-	-	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
11 12	3	-	IT12/100	IT15/400	20	120	1,3	1,95	2	-	-	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
8	14,2	-	IT12/180	IT15/700	6,3	120	1,28	3,2	4	13	12	-	-	80	40	20	6,3	точение черновое
																		точение получистовое
																		точение чистовое
																		шлифование
16	14,2	-	IT12/180	IT15/700	6,3	120	1,28	3,2	4	13	12	-	-	80	40	20	6,3	точение черновое
																		точение получистовое
																		точение чистовое
																		шлифование
14	11	-	IT12/180	IT15/180	10	80	0	2,26	3	-	-	-	-	40	20	10	-	растачивание черновое
																		растачивание получистовое
																		растачивание чистовое
6	17	-	IT7/18	IT15/700	20	120	3,46	1,95	4	13	11	9	7	80	50	30	20	точение черновое
																		точение получистовое
																		точение чистовое
																		шлифование
7	15	-	IT12/180	IT15/700	20	120	1,28	1,95	2	13	12	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
4	20	-	IT12/210	IT15/840	20	120	1,3	1,95	2	13	12	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
17	11,5	-	IT12/180	IT15/700	20	120	1,28	1,95	2	13	12	-	-	50	20	-	-	точение черновое
																		точение чистовое
10	12	-	IT8/27	IT15/180	6,3	80	2,76	2	3	10	8	-	-	40	20	6,3	-	растачивание черновое
																		растачивание получистовое
																		растачивание чистовое

3.2 Расчет припусков и операционных размеров диаметров заданных поверхностей вращения расчетно-аналитическим и нормативным методом

Расчетно-аналитический метод

При расчетно-аналитическом методе рассчитываем минимальный припуск для тел вращения на диаметр по схеме двухсторонней обработки:

, где:

- шероховатость поверхности, полученная на предшествующей операции;

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

- величина пространственных отклонений, которые были получены на предыдущей операции;

- погрешность установки на данной операции.

Пространственные отклонения ? для заготовок из прутка выражаются отклонением оси от прямолинейности в результате коробления. При сверлении ? - отклонения смещения и увода сверла:

?_св = .

Т - допуск на размер, выбираем по справочнику [2].

Расчетный припуск определяется:

- расчетный диаметр поверхности.

Для вала: ;

Для отверстия: .

Округляя в большую сторону - получим для вала, а найдем по формуле:

.

Округляя в меньшую сторону - получим для отверстия, а найдем по формуле:

.

Имея значение и , можно найти значение максимального () и минимального () припусков по следующим зависимостям:

для вала:;;

для отверстия:;.

Все данные сводим в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Припуски и операционные размеры на обработку диаметральных поверхностей, посчитанные расчетно-аналитическим методом

№ операции	Технологический маршрут обработки поверхности	Элементы припуска	Расчетный припуск 2Zmin, мкм	Допуск на обработку Т, мм	Номиналь-ный припуск , мм	Расчетный диаметр Dр, мм	Принятые размеры по ступеням, мм	Полученные предельные припуски, мм	Технологический размер, мм
		Rz, мкм	h, мкм	?, мкм	мкм
										dmax	dmin	2Zmax	2Zmin
Поверхность №6 Ш 17 h7(-0,018)
	Пруток	120	100	12	150	-		-	19,8	20	19,3	-	-
15	Точение черновое	80	60	0,72	100	641	0,27	1,341	18,283	18,4	18,13	2,07	0,9
25	Точение получистовое	50	30	0,6	50	380	0,11	0,65	17,633	17,7	17,59	0,81	0,43
30	Точение чистовое	30	30	0,48	50	260	0,043	0,37	17,263	17,3	17,257	0,443	0,29
48	Шлифование	20	0	0,36	50	220	0,018	0,263	17	17	16,982	0,318	0,257
Поверхность №10 Ш 12 Н8(+0,027)
	Сверление	80	100	36,5	50	-	0,18	-	10,8265	10,88	10,7	-	-
40	Растачивание черновое	40	60	2,2	50	483,8	0,07	0,6638	11,49	11,47	11,4	0,77	0,52
42	Растачивание получистовое	20	30	1,8	50	300,1	0,027	0,3701	11,86	11,827	11,8	0,427	0,33
55	Растачивание чистовое	6,3	0	1,46	50	112,6	0,027	0,1396	12	12,027	12	0,227	0,173

Нормативный метод

Нормативный метод базируется на уже существующих нормативах, которые соединяют в себе весь многолетний опыт наблюдения и анализа. Он проще для применения, дает весьма достоверные результаты, однако менее экономичен (результаты расчета припусков расчетно-аналитическим методом дают, как правило, несколько меньшую величину) и часто не учитывает специфику конкретной детали или конкретных условий производства. При серийном и единичном типах производства предпочитают пользоваться нормативным методом.

Результаты расчета приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Припуски и операционные размеры на обработку диаметральных поверхностей, посчитанные нормативным методом

№ операции	Технологический маршрут обработки поверхности	Расчетный припуск 2Zmin, мкм	Допуск на обработку Т, мм	Номинальный припуск , мм	Расчетный диаметр Dр, мм	Принятые размеры по ступеням, мм	Полученные предельные припуски, мм	Технологический размер, мм
						dmax	dmin	2Zmax	2Zmin
Поверхность №3 Ш 30 h8(-0,033)
	Пруток	-		-	34	34,2	33,5	-	-
10	Точение черновое	1040	0,33	1,74	31,942	32,2	31,87	2,33	1,3
20	Точение получистовое	750	0,13	1,08	30,862	31,1	30,97	1,23	0,77
35	Точение чистовое	500	0,052	0,63	30,232	30,4	30,348	0,752	0,57
50	Шлифование	180	0,033	0,232	30	30	29,967	0,433	0,348
Поверхность №8 Ш 14,2 h12(-0,18)
	Пруток	-		-	18	18,2	17,5	-	-
60	Точение черновое	1040	0,27	1,54	16,26	16,4	16,13	2,07	1,1
65	Точение получистовое	750	0,18	1,02	15,24	15,3	15,12	1,28	0,83
70	Точение чистовое	500	0,18	0,68	14,56	14,6	14,42	0,88	0,52
75	Шлифование	180	0,18	0,36	14,2	14,2	14,02	0,58	0,22
Поверхность №7 Ш 15 h12(-0,18)
	Пруток	-		-	18	18,2	17,5	-	-
15	Точение черновое	1040	0,27	1,54	15,77	15,8	15,53	2,67	1,7
30	Точение чистовое	500	0,18	0,77	15	15	14,82	0,98	0,53
						dmax	dmin	2Zmax	2Zmin
Поверхность №16 Ш 14,2 h12(-0,18)
	Пруток	-		-	18	18,2	17,5	-	-
60	Точение черновое	1040	0,27	1,54	16,26	16,4	16,13	2,07	1,1
65	Точение получистовое	750	0,18	1,02	15,24	15,3	15,12	1,28	0,83
70	Точение чистовое	500	0,18	0,68	14,56	14,6	14,42	0,88	0,52
75	Шлифование	180	0,18	0,36	14,2	14,2	14,02	0,58	0,22
Поверхность №14 Ш 11 Н12(+0,18)
25	Сверление	-	0,18	-	8	8,18	8	-	-
40	Растачивание черновое	1040	0,18	1,22	9,39	9,48	9,3	1,48	1,12
42	Растачивание получистовое	750	0,18	0,93	10,32	10,48	10,3	1,18	0,82
55	Растачивание чистовое	500	0,18	0,68	11	11,18	11	0,88	0,52
Поверхность №4 Ш 20 h12(-0,21)
	Пруток	-		-	23	23,2	22,5	-	-
10	Точение черновое	1040	0,33	1,54	20,83	20,9	20,57	2,63	1,6
30	Точение чистовое	500	0,21	0,83	20	20	19,79	1,11	0,57
Поверхность №17 Ш 11,5 h12(-0,18)
	Пруток	-		-	14	14,2	13,5	-	-
20	Точение черновое	1040	0,27	1,54	12,27	12,3	12,03	2,17	1,2
35	Точение чистовое	500	0,18	0,77	11,5	11,5	11,32	0,98	0,53

3.3 Расчет припусков операционных линейных размеров расчетно-аналитическим и нормативным методами

Расчетно-аналитический метод

Для удобства расчета создаем таблицу 3.7, в которой:

Rz - шероховатость поверхности;

h - величина дефектного слоя;

- погрешность установки детали;

- величина пространственных отклонений, для прутка - это величина коробления. Величина пространственных отклонений в процессе обработки полностью не исчезает, но значительно уменьшается по величине. Величина остаточного значения пространственных отклонений определяется по величине коэффициента уточнения формы:

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

Z_min - минимальная величина припуска, необходимая для избежания переноса погрешностей на другие ступени обработки.

Припуск определяется по формуле: .

Таблица 3.7 - Припуски на обработку торцевых поверхностей расчетно-аналитическим методом

№ поверхности	Маршрут обработки	Элементы припуска	ZminР, мкм
		Rz	h
9	Пруток	20	00	12	0	-
	Точение черновое	0	0	0,72	0	312
	Точение чистовое	0	0	0,48	50	151
18	Сверление	80	100	36,5	80	-
	Растачивание черновое	50	50	2,19	50	266,5
	Растачивание чистовое	20	20	1,46	50	152

Нормативный метод

Значения припуска выбирается из справочной литературы [11]. Данные занесены в таблицу 3.8.

Таблица 3.8 - Припуски на обработку торцевых п-й нормативным методом

№ поверхности	Маршрут обработки	ZminР, мкм
11	Растачивание черновое	1040
	Растачивание чистовое	500
1	Точение черновое	1040
	Точение чистовое	500
2	Точение черновое	1040
	Точение чистовое	500
5	Точение черновое	1040
	Точение чистовое	500
12	Точение черновое	1040
	Точение чистовое	500

3.4 Построение размерной схемы процесса обработки торцевых поверхностей детали

Размерную схему необходимо строить в таком порядке:

· вычерчиваем контур готовой детали;

· проставляем конструкторские размеры, обозначая их А1, А2 и т.д.;

· вычерчиваем припуски у торцов, обозначаем их Z1, Z2 и т.д.;

· строим операционные размеры, опираясь на план обработки, начиная с последней операции. Обозначаем их как S. Данные размеры представлены в виде стрелок с точкой, причем точка совмещена с установочной базой, а стрелка упирается в обработанную на данном переходе поверхность;

· вычерчиваем размеры заготовки, обозначая их Н1, Н2 и т.д.;

· строим схемы размерных цепей для каждого операционного размера.

Размерная схема представлена в конце записки.

Расчет линейных операционных размеров детали

Любой замкнутый контур на размерной схеме, включающий в себя в качестве замыкающего (в квадратных скобках) звена только один конструкторский размер А или один припуск Z, образует технологическую размерную цепь.

Расчет размерных цепей приведен в таблице 3.9.

Из расчета видно, что длина заготовки, необходимая для

Из расчета видно, что длина заготовки, необходимая для получения детали соответствующей рабочему чертежу: .

Таблица 3.9 - Расчет линейных операционных размеров

Замыкающий размер, мм	Исходное уравнение	Расчётный размер, мм	Допуск, мм	Принимаемый размер, мм	Принимаемый припуск, мм
		23,5	+0,21		-
		;	+0,21
		4	+0,12		-
		34	-0,25		-
		26	+0,21		-
		16,5	+0,18		-
		3	+0,12		-
		;	+0,12
		;	-0,25
		;	-0,32
		;	+0,12
		;	+0,18
		;	+0,21
		;	-0,25
		;

3.5 Токарная операция

Рисунок 3.1 - Схема токарной операции №15

Выбор режущего инструмента

Для поверхностей 6 и 7 выбираем проходной упорный отогнутый резец с углом в плане 90° с пластиной из твердого сплава ГОСТ 18879-73.

Геометрические размеры резца приведены на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2 - Эскиз проходного упорного отогнутого резца.

Материал режущей части резца - твердый сплав Т15К6.

Для поверхности 11 выбираем подрезной отогнутый резец с пластиной из твердого сплава ГОСТ 18880-73.

Геометрические размеры резца приведены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Эскиз подрезного отогнутого резца.

Материал режущей части резца - твердый сплав Т15К6.

Расчет режимов резания

Токарная черновая операция

Поверхность 6 Ш18,4 h13 Rz80.

Поверхность 7 Ш15,8 h13 Rz50.

1. Устанавливаем глубину резания. Припуск на обработку удаляем за один рабочий проход:

· поверхность 6: мм;

· поверхность 7: мм.

2. Выбор станка. В соответствии с методом обработки выбираем токарный станок 16Б16А.

Основные данные станка:

· Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:

Ш над станиной320 мм;

Ш над суппортом180 мм.

· Частота вращения шпинделя20-2000 об/мин.

· Число скоростей шпинделя21.

· Число ступеней подачб/с.

· Подача суппорта:

Ш продольная0,01-0,7 мм/об;

Ш поперечная0,005-0,35 мм/об.

· Мощность привода2,8 кВт.

3. Рассчитываем подачу по формуле:

· поверхность 6: мм/об;

· поверхность 7: мм/об.

Так как станок имеет бесступенчатое регулирование, значения подач принимаем как расчетные.

4. Принимаем период стойкости резца = 40 мин [2, с.268].

5. Определяем скорость главного движения резания, допускаемую режущими свойствами резца:

Находим значение коэффициентов по справочным данным [2, с.269, т.17]. = 350;x = 0,15; y = 0,35; m = 0,20.

- общий поправочный коэффициент, равный произведению коэффициентов, учитывающих измененные условия обработки:

- поправочный коэффициент, учитывающий изменение механических свойств обрабатываемого материала. Определяется по формуле:

, где:

- коэффициент для материала инструмента, - показатель степени, при обработке резцами с пластинами из твердого сплава:

; =1 [2, с.268, т.2]. Предел прочности стали = 1080 МПа. Тогда:

.

- поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, для прутка [2, с.263, т.5].

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние марки инструментального материала режущего лезвия на скорость резания.

= 1, т.к. материал режущей пластины - твердый сплав Т15К6 [2, с.263, т.6].

и - поправочные коэффициенты, учитывающие изменение главного и вспомогательного углов в плане. Для выбранного резца = 0,7 и = 1,0.

Общий поправочный коэффициент на скорость главного движения резания:

.

С учетом всех найденных величин находим расчетную скорость резания:

· поверхность 6:

· поверхность 7:

6. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания находится по формуле:

· поверхность 6:

· поверхность 7:

Корректируем расчетную частоту вращения по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения, выбрав ее из ряда частот для данного станка:

20	25,2	31,7	39,9	50,2	63,2	79,6	100,2	126,2	158,9	200
251,8	317	399,1	502,4	632,5	796,2	1002,4	1261,9	1588,7	2000

· поверхность 6: = 1261,9 об/мин;

· поверхность 7: = 1588,7 об/мин.

7. Действительная скорость главного движения резания:

· поверхность 6:

· поверхность 7:

8. Мощность, затрачиваемая на резание, кВт:

, где:

- тангенциальная составляющая силы резания при точении [2, с.271]:

.

Для заданных условий: ; x = 1; y = 0,75; n = -0,15 [2, с.273, т.22].

Поправочный коэффициент представляет собой произведение ряда коэффициентов , учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов назначаем по рекомендациям [2, с.275, т.23]:

;

;;;.

Подставляем все найденные значения в формулу:

· поверхность 6:

· поверхность 7:

Тогда мощность резания:

· поверхность 6:

· поверхность 7:

9. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка для резания исходя из условия .

Мощность на шпинделе станка: ,

где = 2,8 кВт - мощность двигателя; - КПД станка. Тогда:

Так как - обработка поверхностей 6 и 7 возможна.

10. Определяем основное время обработки: , где:

L - расстояние, которое проходит резец:

· поверхность 6: ;

· поверхность 7:

Тогда время обработки:

· поверхность 6: ;

· поверхность 7:

Токарная чистовая операция

Поверхность 11 Ш15,8 h12 Rz20.

1. Устанавливаем глубину резания. Припуск на обработку удаляем за один рабочий проход мм.

2. Выбор станка. В соответствии с методом обработки выбираем токарный станок 16Б16А (см. выше).

3. Рассчитываем подачу по формуле:

Корректируем ее по паспорту станка. Принимаем подачу: .

4. Принимаем период стойкости резца = 40 мин [2,с.268].

5. Определяем скорость главного движения резания, допускаемую режущими свойствами резца:

.

Находим значение коэффициентов по справочным данным [2, с.269, т.17]:

= 350;x = 0,15; y = 0,35; m = 0,20; .

С учетом всех найденных величин находим расчетную скорость резания:

6. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания находится по формуле:

Корректируем расчетную частоту вращения по паспортным данным станка (см. выше) и устанавливаем действительную частоту вращения:

7. Действительная скорость главного движения резания:

.

8. Мощность, затрачиваемая на резание, кВт:

, где:

- тангенциальная составляющая силы резания при точении [2, с.271]:

.

Для заданных условий: ; x = 1; y = 0,75; n = -0,15 [2, с.273, т.22].

Поправочный коэффициент представляет собой произведение ряда коэффициентов , учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов назначаем по рекомендациям [2, с.275, т.23]:

; ; ; ; .

Подставляем все найденные значения в формулу:

Тогда мощность резания:

9. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка для резания исходя из условия .

- обработка поверхности 11 возможна.

10. Определяем основное время обработки: , где:

L - расстояние, которое проходит резец:

Тогда время обработки:

Определим общее время обработки за операцию:

3.6 Фрезерная операция

Рисунок 3.4 - Схема фрезерной операции №90.

Выбор режущего инструмента

Для обработки поверхности 17 выбираем дисковую 3-х стороннюю фрезу ГОСТ 3755-80. Геометрические размеры фрезы приведены на рисунке 3.5.

D = 50 мм; d = 16 мм; B = 4 мм; z = 14.

Рисунок 3.5 - Эскиз дисковой 3-х сторонней фрезы.

Материал фрезы - сталь Р6М5.

Расчет режимов резания

Поверхность 17

1.Глубина фрезерования t = 4 мм, ширина фрезерования - В = 4 мм.

2. Назначаем подачу. Жёсткость системы заготовка-приспособление - средняя, конструкционная сталь, дисковая фреза с мелким зубом: S = 0,04-0,06 мм/зуб [2, с.283, т. 34]. Назначаем подачу S_z = 0,06 мм/зуб.

3. Назначаем период стойкости фрезы. T=120 мин [2, с. 290, т. 40].

4. Скорость главного движения резания при фрезеровании определяется по формуле [2, с.276]:

,

где значение коэффициента и показатели степеней берем по рекомендациям [2, с.287, т. 39]:

= 68,5; m = 0,2; q = 0,25; y = 0,2; х = 0,3; u = 0,1; p = 0,1.

.

С учетом всех найденных величин находим расчетную скорость резания:

.

5. Выбор станка. В соответствии с методом обработки выбираем горизонтально-фрезерный станок 6Р80.

Основные данные станка:

· Наибольшее перемещение стола:

Ш продольное500 мм;

Ш поперечное160 мм;

Ш вертикальное300 мм.

· Наибольший угол поворота стола± 45°.

· Число скоростей шпинделя12.

· Частота вращения шпинделя50-2240 об/мин.

· Число подач стола12.

· Подача стола:

Ш продольная и поперечная25-1120 мм/мин;

Ш вертикальная12,5-560 мм/мин.

· Скорость быстрого перемещения стола:

Ш продольного и поперечного2300 мм/мин;

Ш вертикального1120 мм/мин.

· Мощность электродвигателя привода главного движения3 кВт.

6. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

7. Пересчитаем подачу в мм/мин:

.

Корректируем подачу по паспортным данным станка. Из ряда подач выбираем:

25	35,3	49,9	70,5	99,6	140,8	198,9	281	397,1	561	792,7	1120

.

8. С учетом Уточнения подачи находим расчетную скорость резания:

.

9. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

10. В соответствии с паспортными данными станка корректируем частоту вращения шпинделя, выбрав ее из ряда частот для данного станка:

50	70,6	99,8	141	199,3	281,5	397,8	562,1	794,1	1122,1	1585,4	2240

Принимаем:

11. Действительная скорость главного движения резания:

.

12. Окружная сила при фрезеровании определяется по формуле [2, с. 282]:

,

Значения коэффициентов [2, с.291, т.41]:

= 68,2; х = 0,86; y = 0,72; u = 1; q = 0,86; w = 0.

Осевая сила резания равна:

13. Крутящий момент при фрезеровании определяется по формуле [2, с. 290]:

14. Мощность, затрачиваемая на резание [2, с.290]:

Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если .

Мощность на шпинделе станка .

Следовательно: 0,23 < 2,4 - обработка поверхности 17 возможна.

15. Основное время на фрезерование: ,

где мм/об.

- длина рабочего хода фрезы.

Рисунок 3.6 - К определению длины врезания фрезы

Длина рабочего хода:

мм.

Тогда основное время на обработку:

Суммарное время на фрезерование шестигранника:

3.7 Сверлильная операция

Рисунок 3.7 - Схема сверлильной операции №95.

Выбор режущего инструмента

Выбираем сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ10902-77. Материал сверла Р6М5. Схема сверла изображена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 10902-77

d = 1.5 мм; L = 40 мм; l = 18 мм.

Расчет режимов резания

Поверхность Ш1,5 мм, H12 Rz 20.

1. Глубина сверления t = 0,75 мм.

2. Назначаем величину подачи в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра обрабатываемого отверстия, материала инструмента и других технологических факторов [2, с.277, т.25], S = 0,05 мм/об.

3. Назначаем период стойкости сверла. Для сверла диаметром в заданных условиях обработки рекомендуется период стойкости [2, с. 279, т.30].

4. Скорость главного движения резания при сверлении определяется по формуле [2, с.276]:

, где:

где значение коэффициента и показатели степеней берем по рекомендациям [2, с.278, т.28]:

= 7; m = 0,2; q = 0,4; y = 0,7.

- общий поправочный коэффициент на измененные условия. Он равен произведению частных поправочных коэффициентов: - коэффициента на инструментальный материал; - коэффициента, учитывающего глубину сверления и на - коэффициент на обрабатываемый материал.

, где:

- коэффициент для материала инструмента: ;

- показатель степени, при обработке сверлами из быстрорежущей стали: [2, с.268, т.2].

[2, с.263, т.6];

[2, с.280,т. 31];

.

С учетом всех найденных величин находим расчетную скорость резания:

5. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

6. Выбор станка. В соответствии с методом обработки выбираем вертикально-сверлильный станок 2М112.

Основные данные станка:

· Число скоростей шпинделя5.

· Частота вращения450-4500 об/мин.

· Подачаручная.

· Мощность электродвигателя0,6 кВт.

7. Корректируем частоту вращения по паспортным данным станка, выбрав ее из ряда частот для данного станка:

450	800,2	1423	2530,5	4500

Принимаем = 2530,5 об/мин.

8. Действительная скорость главного движения резания:

9. Осевая сила резания при обработке сверлами определяется по формуле [2, с. 277]:

, где:

где значение коэффициента и показатели степеней берем по рекомендациям [2, с.281, т.32]:

= 68; q = 1; y = 0,7.

- коэффициент, учитывающий фактические условия обработки [2, с.264, т.9]

Осевая сила резания равна

9. Крутящий момент при сверлении определяется по формуле [2, с. 277]:

,

где значение коэффициента и показатели степеней берем по рекомендациям [2, с.281, т.32]:

;q = 2;y = 0.8.

10. Мощность, затрачиваемая на резание [2, с.283]:

Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если .

Мощность на шпинделе станка

С расчета видно, что 0,023<0,48 - сверление данной поверхности возможно.

11. Основное время на сверление: , где:

- длина рабочего хода сверла.

Длина рабочего хода:

Тогда основное время на обработку:

Суммарное время на сверление трех отверстий:

В результате выполнения технологической части определили припуски и операционные размеры поверхностей вращения и линейных размеров детали. Расчет проводили расчетно-аналитическим и нормативным методами.

При расчете припусков расчетно-аналитическим методом, основное внимание было направлено на выбор коэффициентов, составляющих расчетный минимальный припуск. Выбор основывался на знании свойств материала детали, метода получения заготовки, наличия термообработки и класса точности получаемого размера, типа использованного оборудования и вида инструмента.

При выборе припусков нормативным методом, основная задача состояла в том, чтобы адаптировать разрабатываемый технологический процесс к стандартному: в стандартных условиях, при использовании обычного оборудования и гостированного инструмента.

Расчет размерных цепей свелся к тому, что была составлена размерная схема процесса обработки, получены исходные уравнения замыкающих звеньев, определены все операционные размеры.

В результате расчета получили габаритные размеры заготовки.

Также были спроектированы три операции механической обработки: токарная, фрезерная и сверлильная. Подобран режущий инструмент для каждого перехода, рассчитаны режимы резания и нормы времени для обработки поверхностей. Исходя из соображений экономичности, были выбраны станки, оптимально подходящие для обработки данных поверхностей.

Разработан комплект технологической документации.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Анализ экономичности двигателя

В качестве базового варианта для сравнения с разработанным двигателем выберем турбовальный двигатель Д-136.

Для того чтобы базовый и проектируемый двигатель можно было оценивать между собой, необходимо привести параметры двигателей в сопоставимые условия:

· эти двигатели предназначены для установки их на один тип вертолета;

· число двигателей, устанавливаемых на один вертолет - одинаково;

· время полета вертолета, а также программа полета - одинаковы;

· условия технического обслуживания также не отличаются.

Для оценки проектируемого двигателя существует система показателей технического уровня и качества проектируемых изделий:

· показатели назначения (тяга, расход топлива, удельная масса, и т. д.);

· показатели надежности и долговечности (ресурс работы двигателя, межремонтный ресурс);

· показатели технологичности двигателя (производительность труда при эксплуатации и ремонте, затраты на ремонт);

· эргономические показатели, характеризующие удобства и безопасность труда;

· показатели стандартизации и унификации;

· экономические показатели, отражающие затраты на разработку, изготовление и эксплуатация изделия, а также экономическую эффективность эксплуатации.

Сравнение основных параметров спроектированного двигателя и его прототипа приведено в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Сравнение основных параметров

Параметр	Размерность	Двигатель-прототип	Спроектированный двигатель
		Значение
Ne		9500	11880
		0.28	0.246
	-	18.3	19
		36	38
	К	1478	1485
	-	0.84	0.852
	-	0.88	0.89

Проведем сравнение экономичности по удельному расходу топлива:

В результате сравнения нового двигателя с двигателем-прототипом, получили, что удельный расход у спроектированного двигателя меньше на 12.1%, а удельная мощность больше на 25%.

ВЫВОДЫ

Данная выпускная работа бакалавра состоит из следующих частей:

· теоретическая часть;

· конструкторская часть;

· технологическая часть;

· экономическая часть.

Прототипом проектируемого двигателя является турбовальный двигатель Д-136.

В теоретической части были проведены необходимые расчеты и данные для того чтобы показать:

- Распределение основных параметров по проточной части двигателя.

Этот пункт включает в себя газодинамический расчет всего двигателя, согласование параметров компрессоров и турбин, а также газодинамического расчета турбины. Приведенные расчеты проводились с использованием ЭВМ. В результате расчетов были получены распределения основных параметров газодинамического цикла по тракту двигателя (Т, С, Р).

- 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.

Конструкторская часть была посвящена расчетам на статическую прочность и колебания ранее спрофилированной лопатки турбины и расчетам на статическую прочность диска турбины. Также был рассчитан на прочность узел крепления лопаток к диску турбины в виде «ёлочного» замка и рассчитан на прочность наружный корпус камеры сгорания.

По итогам конструкторской части проекта можно сделать соответствующие выводы и подвести итоги: в результате расчёта лопатки на прочность получено распределение напряжений и коэффициентов запаса по длине пера лопатки.

Целью статического расчета на прочность являлось определение напряжений растяжения (сжатия) от центробежных сил, которые действуют на рабочую лопатку. Лопатка была разбита на сечения. В каждом сечении в характерных точках (А,В,С) был определен запас прочности и построены зависимости К=f(R) и Sigma=f(R). Расчет произведен с помощью ЭВМ (Использована программа расчета лопаток компрессоров и турбин кафедры 203).

Из расчета видно, что в самых тяжелых условиях работают корневые сечения.

Напряжения меньше предела длительной прочности, минимальный коэффициент запаса К=2.096.Согласно нормам прочности минимальный коэффициент запаса должен быть не менее 1.25..1.3, следовательно, лопатки первой ступени турбины удовлетворяют нормам прочности. Также, на основании построенной частотной диаграммы, было выяснено, что все резонансные режимы работы лопатки лежат вне зоны рабочих режимов двигателя.

Целью расчета было определение запасов прочности по сечениям диска. Расчет был проведен с помощью ЭВМ. В результате расчёта диска на прочность, минимальный коэффициент запаса по длительной прочности К=1.3. Минимальный запас согласно нормам прочности должен быть не менее 1.3. Рассчитываемый диск удовлетворяет нормам прочности.

Полученные в результате расчёта на прочность замка лопатки турбины напряжения во всех сечениях диска и лопатки меньше допускаемых. Минимальный запас прочности К=1.38 (от действия напряжений растяжения в ободе диска). Минимальный запас согласно нормам прочности должен быть не менее 1.3. Рассчитываемый замок удовлетворяет нормам прочности.

Из результатов расчёта на прочность корпуса камеры сгорания видно, что наружная оболочка камеры сгорания удовлетворяет нормам прочности - коэффициент запаса прочности К=1.82. Минимальный запас согласно нормам прочности должен быть не менее 1.8.

Также разработан чертеж турбины.

Технологическая часть была посвящена разработке типового технологического процесса производства детали типа колпачек. 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 дипломного проекта является изображение на листе формата А1 - технологического процесса производства авиационной детали - колпачек, и на листе формата А4 - заготовки для производства колпачка.

Экономическая часть была посвящена такому аспекту, как экономичность эксплуатации в сравнении с прототипом данного двигателя. Можно сделать вывод, что в спроектированном двигателе удельный расход топлива уменьшился. Это ведет к более прибыльной эксплуатации силовой установки.

В процессе выполнения выпускной работы бакалавра была спроектирована турбина ТВаД для транспортного вертолета, которая удовлетворяет требованиям современной авиации и двигателестроения.