|
Вели-чина
|
Размер-ность
|
Значение
|
Вели-чина
|
Размер-ность
|
Значение
|
|
LК
|
Дж/кг
|
466840
|
h’m
|
|
0,985
|
|
LТк
|
Дж/кг
|
516000
|
h*К
|
|
0,846
|
|
p*К
|
|
21
|
h*Т
|
|
0,912
|
|
UКкнд
|
м/с
|
370
|
LОК/ LК
|
|
1
|
|
СКкнд
|
м/с
|
165
|
СВкнд
|
м/с
|
190
|
|
UКквд
|
м/с
|
390
|
СВквд
|
м/с
|
170
|
|
СКквд
|
м/с
|
170
|
h*КНД
|
|
0,885
|
|
 0,26 0,630
|
|
|
|
|
|
|
Ne
|
кВт
|
10000
|
 0,780
|
|
|
|
Dсртн/Dк
|
|
1
|
Dсpтв/Dко
|
|
1,140
|
|
Dсртc/Dк
|
|
1,312
|
mZTС
|
|
3,02
|
|
zкнд
|
|
7
|
zтвд
|
|
1
|
|
zквд
|
|
7
|
zтнд
|
|
1
|
|
КфКНД
|
|
2
|
zтс
|
|
2
|
|
КфКВД
|
|
1
|
КфТНД
|
|
3
|
|
КфТВД
|
|
3
|
КфТС
|
|
2
|
|
СТТВД
|
м/с
|
175
|
СТТНД
|
м/с
|
180
|
|
СГТНД
|
м/с
|
170
|
СГТС
|
м/с
|
180
|
|
СТ
|
м/с
|
200
|
|
|
|
После
термогазодинамического расчёта двигателя известны его основные параметры
(удельная мощность, удельный расход топлива). В компрессорах ГТД применяются
компромиссные схемы, в которых уменьшение высоты лопаток достигается одновременным
уменьшением наружного диаметра и увеличением внутреннего диаметра ступеней. При
этом выбираем форму проточной части КНД с 
Форма
проточной части турбины выбирается из конструктивных соображений. При
постоянном наружном диаметре проточной части турбины возможно получение лопаток
большой высоты на последних ступенях. При 
угол
раскрытия проточной части турбины уменьшается, что способствует безотрывному
течению потока по проточной части турбины и повышению КПД. При 
повышается 
и
возрастают окружные скорости на периферии лопаток, но на выходе высота лопаток
будет наименьшей, по сравнению выбираем .
Значение
среднего коэффициента нагрузки в турбине лучше остается 
Пределы изменения 
1.2.2 Согласование параметров компрессора и
турбины на ЭВМ
Увязка параметров турбокомпрессорной части ГТД является одним из самых
важных этапов проектирования двигателя. Качественное выполнение этого этапа
позволяет обеспечить оптимальные геометрические и газодинамические соотношения
в определяющих облик двигателя расчётных сечениях, обеспечить нормальную
загрузку ступеней турбины и допустимые напряжения в её рабочих лопатках.
Основой расчёта является выбор основных геометрических соотношений по
прототипу. Предполагается также осевое течение во всех расчётных сечениях
двигателя.
Расчёт производится с помощью программы (ГТД-1-1) slgt1.exe. Ввод данных
производится в диалоговом режиме. Результаты счёта заносятся в файл slgt1.rez и
в файл исходных данных fogtd.dat программы графического сопровождения fogt.exe.
Результат представлен в виде распечатки в таблице 1.4. Схема увязки турбокомпрессора
проектируемого ГТД представлена на рисунке 1.1.
Таблица 1.4 - Результаты расчёта для согласования параметров компрессора
и турбины
Формирование облика ГГ и ТC ГТД-2-1 ( КВД - ОК или ОЦК )
Исходные данные:уд= 247.1 Сe = .2018 КПДк= .8460 КПДтк= .9120к = 466840.
Lтк*= 516000. Lтс*= 243400. КПДтс= .9200г =1193.2 Kг =1.3172 Cpв =1038.3 Kв
=1.3820= 10000. Gв = 40.46в = .630 Dсртн/Dк =1.000 Dсртc/Dк =1.312во= .919
D1цс/Dкко=1.000 D2цc/Dко =1.000цс/D2цс=1.000 Dсpтв/Dко=1.180кн/Lк = .380 КПДкн*
= .885 Sркнв = .990ок/Lкв=1.000 КПДок* = .880 Sркоц =1.000тс =3.020 Sртвн =
.990 Sртнс = .985к = 370.0 Uквд = 390.0
Результаты pасчета:
* КНД * Кф = 2 Zк = 7.к*= 175625. Пiк*= 4.543 КПД*= .8850 Uк = 370.0к =
.6707 dob = .6300 dok = .8516 Hzc= .2031нд =10536.
* ОК ВД * Кф = 1 Zк = 7.к*= 286546. Пiк*= 4.669 КПД*= .8799 Uк = 390.0к =
.5017 dob = .7800 dok = .9188 Hzc= .2691вд =14846.
* ТВД * Кф = 3 Zт = 1.т*= 319920. Пiт*= 2.738 КПД*= .9120 (h/D)г=
.0727ср= 453.9 Mz = 1.553 Dcр = .5920 (h/D)т= .0979р = 201.8 Tw* =1183.2
* ТHД * Кф = 3 Zт = 1.т*= 196080. Пiт*= 2.171 КПД*= .8799 (h/D)г=
.0883ср= 360.2 Mz = 1.512 Dcр = .6707 (h/D)т= .1368р = 177.4 Tw* = 986.9
* ТC * Кф = 3 Zт = 2.т*= 243400. Пiт*= 3.088 КПД*= .9200 (h/D)г= .0971ср=
283.9 Mz = 3.020 Dcр = .8800 (h/D)т= .1773р = 142.9 Tw* = 762.3 nтс = 6448.
Сечение\Паpаметp: T* : P* : C : C/акp : F
: K : Па : м/с : --- : кв.м
в - в 288. 97272. 190.0 .6133 .2131
к кнд - к кнд 457. 441925. 165.0 .4228 .0786
в квд - в квд 457. 437506. 170.0 .4356 .0774
к - к 733. 2042700. 140.0 .2833 .0308
г - г 1365. 1920100. 110.5 .1654 .0757
т твд - т твд 1097. 701283. 175.0 .2923 .1078
г тнд - г тнд 1097. 694270. 170.0 .2840 .1119
т тнд - т тнд 933. 326340. 180.0 .3261 .1933
г тс - г тс 933. 321445. 180.0 .3261 .1963
т - т 729. 105690. 200.0 .4100 .4312н1 Dcp1 Dвт1 Dн2 Dcp2 Dвт2 ZстНД
.6707 .5605 .4226 .6035 .5605 .5140 7.
ОK ВД .5017 .4499 .3913 .5017 .4818 .4610 7.Д .6177 .5759 .5340 .6500
.5920 .5340 1.НД .6912 .6351 .5790 .7625 .6707 .5790 1..8798 .8019 .7240 1.0360
.8800 .7240 2.
ВЫВОД
На
данном этапе проектирования двигателя были установлены значения 
в основных сечениях двигателя, а также площади этих
сечений. Данные, полученные при согласовании, станут основой для проектирования
основных узлов двигателя. Результаты согласования не являются окончательными, а
будут изменяться на дальнейших этапах расчёта при проектировании и доводке
компрессора и турбины.
После
проведенных расчётов мы получили следующие преимущества по сравнению с
прототипом с той же мощностью.
Уменьшение
расхода ведёт к уменьшению диаметра входного сечения, а следовательно к
уменьшению габаритов и массы двигателя.
.3
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТУРБИНЫ
Широкое применение осевых газовых турбин в ГТД обусловлено, прежде всего,
их высокой энергоёмкостью и экономичностью. Именно эти преимущества газовых
турбин наряду со сравнительной простотой и надежностью и определили
доминирующее положение газотурбинных двигателей.
Современное состояние теории и практики проектирования осевых газовых
турбин обеспечивает возможность надёжного определения параметров турбины на
расчётном режиме с достоверным учётом всех видов потерь механической энергии в
её проточной части. При этом газодинамический расчёт турбины усложняется, что
приводит к значительному увеличению объёма вычислений. Поэтому мы выполним
газодинамический расчёт газовой турбины на ЭВМ.
Обычно
газодинамический расчёт многоступенчатых турбин выполняют при заданной форме
проточной части (
).
Таблица
1.5 - Исходные данные
|
Величина
|
Размерность
|
Результат
|
Величина
|
Размерность
|
Результат
|
|
Gг
|
кг/с
|
37,24
|
Тг*
|
К
|
1365
|
|
Рг*
|
Па
|
1920100
|
Т`к*
|
К
|
733
|
|
Рт*
|
Па
|
105690
|
h1
|
м
|
0,042
|
|
Dг ср1
|
м
|
0,599
|
h2
|
м
|
0,0547
|
|
Dт ср2
|
м
|
0,615
|
nтвд
|
об/мин
|
14600
|
|
Zтк
|
--------
|
1
|
nтнд
|
об/мин
|
10100
|
|
Zтк
|
--------
|
1
|
nтc
|
об/мин
|
6500
|
|
Zтс
|
--------
|
2
|
|
|
|
Детальная прорисовка проточной части турбины, выполненная с учётом
особенностей двигателя - прототипа, дает возможность получить размеры проточной
части проектируемой турбины.
Таблица 1.6 - Размеры проточной части проектируемой турбины
|
    
|
|
|
|
|
|
I
|
0,502
|
0,514
|
0,0476
|
0,0575
|
|
II
|
0,531
|
0,567
|
0,0815
|
0,0925
|
|
II
|
0,602
|
0,625
|
0,0120
|
0,0129
|
|
IV
|
0,653
|
0,686
|
0,160
|
0,175
|
Газодинамический
расчёт турбины на среднем радиусе выполнен на ЭВМ, с помощью программы
gdrgt.exe, составленной на алгоритмическом языке ФОРТРАН-IV. Программа
позволяет выполнять газодинамический расчёт авиационных осевых турбин,
работающих на продуктах сгорания керосина и имеющих число ступеней не более
восьми.
По
этой программе можно рассчитывать как охлаждаемые, так и неохлаждаемые
турбинные ступени.
Для
расчета заносим исходные данные полученные ранее, представлены в таблицу 1.7
(файл gdrgt.dat.). расчет производим для всех ступеней, предусмотренных в
двигателе-прототипе, т.е. для одной ступени, составляющей турбину компрессора,
и для второй, составляющей свободную турбину.
Результаты
расчёта сведены в таблицу 1.8.
Таблица
1.7 - Исходные данные газодинамического расчёта турбины на ЭВМ
04 12 07
2 105690.
.24 1365. 1920100. 750.00 .000 .600 .750 .850 .060 .10
.2 7214.0 5100.0 4900.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0
.0 10132.6 6500.0 6500.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0
.3300 .3250 .3200 .3100 .0000 .0000 .0000 .0000
.5988 .6594 .8204 .8605 .0000 .0000 .0000 .0000 Dcp1
.6155 .6980 .8375 .8800 .0000 .0000 .0000 .0000 Dcp2
.0420 .0693 .0905 .1268 .0000 .0000 .0000 .0000 h1
.0547 .0795 .1045 .1485 .0000 .0000 .0000 .0000 h2
.1800 .1300 .1300 .1300 .0000 .0000 .0000 .0000
.1300 .1300 .1300 .1300 .0000 .0000 .0000 .0000
.0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000
.0300 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000
.0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000
.0000 1.0000 1.0000 1.0000
Таблица 1.8 - Результаты газодинамического расчёта турбины на ЭВМ
ГДР ГТ Дата 4.12. 7
Исходные данные:
2 105690.
.24 1365. .1920E+07 750.0 .0000 .6000 .7500
.8500 .6000E-01 .1000
Кг=1.317 Rг= 290.0 Сpг=1204.8
Схема печати:
D1c D2c h1 h2 Cmc Cmр nт Lс* Пi* Пi КПД Rc R1c T1w*C1 C1a C1u alf1 be1 L1
Lw1C2 C2a C2u alf2 be2 L2 Lw2T1* P1 P1* T2 T2* P2 P2*G2 sca bca alfu tca fi
ZcaPa sрк bрк beu tрк psi Zрк
Тлса Тлрк Sсумт= 1
.599 .615 .420E-01 .547E-01 .180 .130 .146E+05
.118E+05 .307E+06 2.72 2.86 .883 .330 .246 .120E+04
. 652. 169. 630. 15.0 44.6 .978 .383
. 173. 170. -34.6 78.5 18.5 .288 .847
.117E+04 .135E+04 .977E+06 .175E+07 .108E+04 .110E+04
.672E+06 .705E+06
.4 38.4 .359E-01 .590E-01 37.4 .459E-01 .933 41
.255E+05 .605E+04 .256E-01 .301E-01 58.4 .258E-01 .955 75
.108E+04 .115E+04 201.т= 2
.659 .698 .693E-01 .795E-01 .130 .130 .101E+05
.721E+04 .188E+06 2.02 2.15 .914 .325 .193 .100E+04
. 524. 179. 492. 19.9 51.4 .871 .397
. 185. 181. -38.3 78.0 23.8 .331 .774
. .110E+04 .426E+06 .672E+06 928. 942. .328E+06 .349E+06
.4 38.4 .392E-01 .609E-01 40.0 .482E-01 .954 43
.204E+05 .398E+04 .291E-01 .346E-01 57.1 .309E-01 .964 71
.110E+04 955. 186.т= 3
.820 .837 .905E-01 .105 .130 .130 .650E+04
.510E+04 .133E+06 1.77 1.91 .909 .320 .185 878.
. 454. 180. 416. 23.4 52.7 .814 .421
. 190. 181. -56.0 72.8 28.0 .362 .717
. 942. .227E+06 .337E+06 817. 832. .182E+06 .197E+06
.4 38.4 .486E-01 .738E-01 41.3 .573E-01 .959 45
.181E+05 .269E+04 .349E-01 .405E-01 59.5 .360E-01 .966 73
. 828. 116.т= 4
.860 .880 .127 .148 .130 .130 .650E+04
.490E+04 .128E+06 1.86 2.06 .916 .310 .125 769.
. 452. 200. 405. 26.3 60.7 .863 .456
. 203. 201. -26.4 82.5 31.7 .414 .759
. 832. .121E+06 .189E+06 710. 727. .957E+05 .106E+06
.4 38.4 .505E-01 .718E-01 44.7 .510E-01 .962 53
.166E+05 .220E+04 .367E-01 .442E-01 56.0 .401E-01 .970 69
. 719. 171.
Тг*=1365.0
Рг*= .1920E+07 Сг= 97.2 Тг=1361.1 Рг=
.1897E+07
D1с= .599 h1= .0420
ВЫВОД
В
результате расчёта турбины на ЭВМ были получены геометрические параметры
лопаточных венцов её проточной части, изменения 
по
среднему радиусу каждой ступени, а также работа и степень понижения давления
каждой ступени. Определились окончательные размеры проточной части. Алгоритм
подсчетов программы показан на примере ручного счета первой ступени турбины.
В
результате анализов полученных результатов газодинамического расчёта осевой
газовой турбины было установлено что:
)
Степень реактивности в области втулки 
на всех
ступенях больше нуля;
)
Величина приведенной скорости 
на всех
ступенях меньше 1,0…1,05, что снижает уровень волновых потерь;
)
Величина угла потока в абсолютном движении на выходе из СА 
;
)
Величина угла потока в абсолютном движении на выходе из РК ступени 
для сильнонагруженных ступеней и 
для средненагруженных.
)
Величина угла выхода из последней ступени свободной турбины 
лежит в рекомендуемом интервале (80…90град.).
)
Коэффициент запаса прочности рабочих лопаток лежит в допустимых пределах
(1,7..2,2).
.4
РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕШЕТОК ПРОФИЛЕЙ ОСЕВОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
1.4.1 Выбор закона профилирования
Применение
закона профилирования 
и 
значительно
упрощает технологию изготовления лопаток СА и РК, позволяет создать хорошую
конструктивную базу для их монтажа в статоре и роторе.
1.4.2 Расчет турбины на ЭВМ
Исходные
данные газодинамического расчета ступени дозвукового осевого компрессора
размещаются в файле исходных данных oct.dat (таблица 2.1). Результаты расчета,
получаемые по программе oct.exe, заносятся в файл oct.rez (таблица 2.2).
Приведенная
в таблице схема печати дает достаточно полное представление об объеме
результатов, получаемых в ходе выполнения поступенчатого газодинамического
расчета компрессора. Помимо таблицы расчетных данных, программа oct.exe
позволяет для большей наглядности представить результаты расчета в графической
форме.
Таблица
1.9 - Исходные данные
2 12 09 1 1 1.317 290. Дата, nr, kz, kг, Rг
.599 .615 .042 .0550 D1c,D2c,h1,h2
.933 .955 .978 .330 fi,psi,Л1,Roтc
.00 170.00 630.00 -34.60 C1ac,C2ac,C1uc,C2uc
.00 44.60 18.50 38.40 38.40 alf1c,be1c,be2c,G1,G2
.00 90.00 90.00 90.00 90.00 alf0i
.0 1100. n,T2*
Лопатка СА - nr=0, лопатка РК -
nr=1.
Закон кpутки: 0 - C1u*r=const, C2u*r=const;
( kz ) 1 - alf1(r)=const, L(r)=const;
- alf1(r)=const, be2(r)=const.
Таблица 1.10 - Результаты расчета решетки профилей ступени осевой газовой
турбины
Дата 2.12. 9 NR= 1 KZ= 1 Кг = 1.317 Rг = 290.0ср= .5990 D2ср= .6150 h1 =
.0420 h2 = .0550aср=169.00 C2aср=170.00 C1uср=630.00 C2uср= -34.60с= 15.00
be1ср= 44.60 be2ср= 18.50= 90.00 90.00 90.00 90.00 90.00
Л1 = .978 Фи = .933 Пси = .955 Rтс = .330=14600.0 T2* = 1100.0
Изменение параметров потока по радиусу
----------------------------------------------------------
Паpаметp | Сечение по высоте лопатки
| 1(пеp) 2 3(сp) 4 5(вт)
-----------------------------------------------------------.3277
.3156 .3035 .2914 .27921.000 .9630 .9260 .8890 .8520501.1 482.6 464.0 445.5
426.9u 585.5 603.7 623.2 644.2 666.9a 159.0 163.8 169.0 174.6 180.615.00 15.00
15.00 15.00 15.00606.7 625.6 645.8 667.5 690.962.04 53.51 46.71 41.29 36.97u
-22.63 -27.79 -33.50 -39.85 -46.93u 523.7 510.4 497.5 485.3 473.9a 164.5 167.6
170.2 172.4 174.017.43 18.18 18.89 19.55 20.16
Л1
.9189 .9474 .9780 1.011 1.046т .4085
.3712 .3300 .2842 .2331w 1214. 1208. 1202. 1197. 1192.
Л2w
.8679 .8513 .8352 .8198 .8052
Л1w
.2846 .3229 .3688 .4211 .4789
Л2
.2757 .2820 .2881 .2938 .2993100.5 108.3 114.4 119.2 122.9
alf2 82.16 80.58 78.86 76.98 74.91
ВЫВОД
В данной части курсового проектирования, используя ЭВМ, были получены
решетки профилей первой ступени рабочего колеса турбины высокого давления на
трех радиусах пяти сечениях по высоте.
Расчёт
треугольников скоростей турбины в межвенцовых зазорах по высоте можно считать
законченным, поскольку полученные параметры во втулочном сечении удовлетворяют
условия: 
и 
Форма
межлопаточного канала решетки профилей в периферийном и среднем сечении -
конфузорная, что свидетельствует о правильности выполнения.
.5
РАСЧЕТ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
Камеры
сгорания авиационных ГТД, несмотря на их внешнюю простоту, представляют собой
наиболее сложный узел, в котором одновременно протекают различные по природе
процессы: аэродинамические процессы течения, физико-химические процессы
горения, тепловые процессы, связанные с тепловыми потоками и термическими
нагрузками деталей.
Большинство
из этих процессов трудно поддаются расчетам, поэтому при создании КС требуется
большой объем доводочных и экспериментальных работ. Проектировочные работы по
сути являются первым приближением в создании КС новых двигателей с
одновременным использованием предыдущего опыта каждого отдельного
двигателестроительного предприятия.
Особое
внимание при создании новых двигателей в последнее время уделяется образованию
в КС вредных веществ, исходя из удовлетворения экологическим нормам.
Основные
требование, предъявляемые к КС:
высокая
полнота сгорания топлива;
устойчивость
горения в широком диапазоне коэффициента избытка воздуха, давления и скорости;
малые
потери полного давления;
низкий
уровень выбросов вредных веществ;
обеспечение
заданного радиального поля температуры газа на выходе;
стабилизация
процесса горения и отсутствие пульсаций давления;
малая
стоимость изготовления и простота обслуживания в эксплуатации;
большая
надежность и ресурс;
малая
масса.
Исходными
данными для расчета КС являются:
расход
воздуха 
;
температура
воздуха на входе в КС 
;
температура
газа на входе в турбину
;
давление
воздуха на входе в КС 
;
потери
полного давления вследствие гидравлического сопротивления 
потери
полного давления вследствие теплового сопротивления 
коэффициент
полноты сгорания топлива 
коэффициент
полноты сгорания в зоне горения 
стехиометрическое
количество воздуха для используемого топлива 
теплотворная
способность топлива 
коэффициент
избытка воздуха 
коэффициент
избытка воздуха на выходе из фронтового устройства 
коэффициент
избытка воздуха в конце зоны горения 
геометрические
(радиальные и осевые) параметры компрессора, камеры сгорания и турбины
проектируемого двигателя (принимаются согласно прототипу).
Исходные
данные газодинамического расчета камеры сгорания размещаются в файле исходных
данных gdrks.dat (таблица 1.13). Результаты расчета, получаемые по программе
gdrks.exe, заносятся в файл gdrks.rez (таблица 1.14), Помимо таблицы расчетных
данных, программа gdrks.exe позволяет для большей наглядности представить
результаты расчета в графической форме (рисунок 1.17).
Таблица
1.13 - Исходные данные KC
Геометрический расчет кольцевой камеры сгорания
------------------------------------------------------------------------
Исходные данныев Tк* Tг* Pк* б гидр б тепл КПДг КПДзг
40.500 733.000 1365.000 2.043E+06 0.940 0.985 0.990 0.82Hu
ALFA ALFAф ALFAзг
.2 5.000E+07 3.777 0.600 1.400
_ _ _ _к dк Dт dт Dкс dкс
.510 0.867 0.641 0.867 1.350 0.650
_ _ _ _ж dж Dф dф E
.951 0.724 0.520 0.500 0.600
_ _ _ _ _д lж lг lгс lзг
.476 1.791 0.486 1.095 0.520
_н Kвн lц
.023 0.832 0.838
------------------------------------------------------------------------
Результаты расчета:т Gф Gзг Gв см Gг
.623 6.43 15.01 25.49 41.12зг* Cp зг [RO]зг [RO]к Dкс ср
.9 1240.4 3.72 9.71 0.581к Dк вн Dкс h кс Dкс вн
.510 0.442 0.689 0.120 0.448т Dт вн Dж h ж Dж вн
.641 0.556 0.655 0.090 0.474кс Fж Vж тр h в h н
.2150 0.1602 0.0259 0.0151 0.0151кс l д l ж тр l г l зг
.205 0.043 0.162 0.044 0.047з см l гс Z Dф Dф вн
.115 0.099 33 0.047 0.023Cж тр Cсм
28.19 47.91кс опт Fж опт
.1170 0.0724EJcн EJno
.2 3.7 15.3
ВЫВОД
Величина
теплонапряжённости различных типов камер сгорания существующих авиационных ГТД
и стационарных ГТУ изменяется в очень широких пределах: 
Для
уменьшения выбросов СО и 
используют одни и те же мероприятия: улучшение
распыливания топлива для ускорения испарения и создания гомогенной смеси;
оптимальное распределение воздуха в камере сгорания для обеспечения в первичной
зоне 
на всех режимах работы путём рационального
регулирования; увеличение объёма первичной зоны и времени пребывания в ней
топлива; уменьшение расхода воздуха на пленочное охлаждение жаровой трубы на
участке первичной зоны за счёт использования теплозащитных покрытий или
специальных конструкций жаровых труб; рост коэффициента полноты сгорания 
.
Для
снижения выброса 
, уменьшение температуры воздуха на входе в камеру
сгорания и времени пребывания, увеличение влажности атмосферного воздуха.
2.КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
.1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ
Общие сведения
Двигатель выполнен по трехвальной схеме с осевым двухкаскадным
четырнадцатиступенчатым компрессором, промежуточным корпусом, кольцевой камерой
сгорания, двумя ступенями турбин компрессоров, двухступенчатой свободной
турбиной и выхлопным устройством.
Ротор компрессора разделен на два самостоятельных ротора, каждый из
которых приводится во вращение своей турбиной, и образуют каскад высокого и
низкого давления соответственно. При этом роторы имеют различные оптимальные
для них частоты вращения и связаны между собой и ротором свободной турбины
только газодинамической связью.хема укладки роторов- шестиопорная, т.е. каждый
из трех роторов установлен на двух подшипниках.
Применение двухкаскадного компрессора позволило:
использовать в компрессоре ступени, имеющие высокий коэффициент полезного
действия;
обеспечить необходимые запасы газодинамической устойчивости компрессора;
использовать для запуска двигателя пусковое устройство малой мощности,
так как при запуске стартер раскручивает только ротор высокого давления.
Конструкция двигателя выполнена с учетом обеспечения принципа модульной
(блочной) сборки.
Двигатель разделен на 12 основных модулей (рис.4), каждый из которых
-законченный конструктивно-технологический узел и может быть (кроме главного
модуля) демонтирован и заменен.
Модульность конструкции двигателя обеспечивает возможность восстановления
его эксплуатационной пригодности заменой деталей и узлов в условиях эксплуатации.
Двигатель оборудован средствами раннего обнаружения неисправностей
(аппаратурой контроля вибраций, сигнализатором перепада давления на масляном
фильтре, стружкосигнализатором, термостружкосигнализаторами, сигнализатором
минимального давления масла, замером температуры масла на входе).
В корпусных деталях двигателя предусмотрены специальные отверстия для
осмотра следующих деталей:
рабочих лопаток всех ступеней КВД и КНД;
наружных и внутренних стенок жаровой трубы;
рабочих топливных форсунок;
-рабочих лопаток
ТВД ,ТНД и свободной турбины2 Краткое описание двигателя
двигатель
компрессор турбина давление
2.1.1 Компрессор
Компрессор
двигателя - осевой, двухкаскадный, состоит из сверхзвукового компрессора
низкого давления (КНД) и дозвукого компрессора высокого давления (КВД) и
соединен с входным устройством проставкой.
КНД -
семиступенчатый, состоит из переднего корпуса, ротора и статора. В переднем
корпусе смонтирован входной направляющий аппарат (ВНА) КНД и узел переднего
шарикоподшипника ротора КНД. Лопатки ВНА КНД выполнены с цапфами. Входные
кромки семи стоек переднего корпуса, лопатки ВНА КНД обогреваются горячим
воздухом (при необходимости); входная кромка одной стойки переднего корпуса
обогревается постоянно горячим маслом, сливающимся из передней опоры КНД.
Статор КНД
включает в себя корпус КНД, направляющие аппараты (НА), рабочие кольца и
клапаны перепуска воздуха КНД.
Ротор
компрессора - дисково-барабанной конструкции, диски соединены с передним и
задним валами болтами.
Рабочие
лопатки первых двух ступеней соединены с диском хвостовиком типа ”елочка” (два
зуба), остальных ступеней - типа ”ласточкин хвост”.
Ротор КНД
соединен с ротором турбины НД с помощью шлицев и образует ротор низкого
давления.
Ротор НД
установлен на двух подшипниковых узлах, один из которых (передний) имеет
масляный демпфер.
КВД (входит в
главный модуль) - семиступенчатый, состоит из входного направляющего аппарата
(ВНА), ротора, статора и клапанов перепуска воздуха. ВНА КВД крепится на
промежуточном корпусе и имеет возможность поворота лопаток для отстройки
двигателя на стенде. После отладки лопатки ВНА фиксируются в выбранном
положении.
Ротор КВД -
барабанно-дисковой конструкции. Состоит из сварной секции 1...4 ступеней,
соединенной болтами с передним валом, колесами 5, 6, 7 ступеней и задним валом.
Ротор КВД соединяется с турбиной высокого давления с помощью стяжных болтов и
образует ротор высокого давления, установленный на двух опорах. Передний
шариковый подшипник установлен в упругой опоре, смонтированной в промежуточном
корпусе. Задний роликовый подшипник ротора высокого давления установлен на
масляном демпфере в корпусе опор турбин.
Рабочие
лопатки 1-й ступени соединены с диском хвостовиком типа ”елочка” (два зуба),
лопатки остальных ступеней - кольцевыми замками.
Статор КВД
состоит из корпуса КВД, направляющих аппаратов 1...6 ступеней и рабочих колец.
Для
обеспечения устойчивой работы двигателя при запуске и на малых режимах на КНД и
КВД имеются клапаны перепуска воздуха за 4-й ступенью КНД и 4-й ступенью КВД.
Контроль
работы подшипниковых узлов осуществляется с помощью вибродиагностической
аппаратуры, а также установкой термостружкосигнализаторов.
2.1.2 Промежуточный корпус
Промежуточный
корпус расположен между КНД и КВД двигателя. Он образует проточную часть
двигателя на своем участке, а также служит для крепления узлов передней
подвески двигателя, передней опоры КВД, размещения приводов агрегатов и
крепления приводных агрегатов.
2.1.3 Камера сгорания
Камера
сгорания кольцевого типа, состоит из корпуса наружного, диффузора со спрямляющим
аппаратом КВД, жаровой трубы, 24 форсунок, 2 воспламенителей факельного типа ,
двух топливных коллекторов с топливоподводящими трубами. На камере сгорания
применены двухканальные газовые форсунки. На модуле камеры сгорания
устанавливается механизм управления воздушной заслонкой. В механизм управления
входят тяги, рычаги и электромеханизм, который крепится на кронштейне под
корпусом камеры сгорания.
.1.4 Турбина двигателя
Турбина
двигателя - осевая, реактивная, четырехступенчатая. Турбина состоит из
одноступенчатой турбины высокого давления, одноступенчатой турбины низкого
давления ,двухступенчатой свободной турбины СТ.
Ротор ТВД и
ротор КВД образуют ротор высокого давления (ротор ВД). Ротор ТНД и ротор КНД
образуют ротор низкого давления (ротор НД).
Опорами
роторов ТВД и ТНД, являющимися задними опорами роторов ВД и НД, служат
роликоподшипники, опорами ротора СТ - шарикоподшипник и роликоподшипники. Все
подшипники охлаждаются и смазываются маслом под давлением. Для предотвращения
нагрева подшипников горячими газами их масляные полости изолированы
радиально-торцевыми контактными уплотнениями. Опоры роторов турбин имеют
устройства для гашения колебаний роторов, возникающих при работе двигателя -
масляные демпферы опор роторов.
Турбина
высокого давления (ТВД) - состоит из статора и ротора.
Ротор ТВД
включает в себя рабочее колесо, лабиринтный диск, задний вал и экран. Рабочее
колесо состоит из диска, имеющего елочные пазы, в каждом из которых установлены
левая и правая рабочие лопатки, зафиксированные в осевом направлении со стороны
входа фланцем лабиринтного диска, а со стороны выхода - уплотнительным диском.
Ротор ТВД крепится к заднему валу КВД стяжными болтами, имеющими призонные
участки для центрирования и передачи крутящего момента.
Статор -
сопловой аппарат ТВД включает в себя наружный корпус, внутренний корпус и
сектора сопловых лопаток между ними.
Турбина
низкого давления (ТНД) - состоит из статора и ротора.
Ротор ТНД
состоит из рабочего колеса и вала, соединенного с ним болтами. Рабочее колесо состоит
из диска, имеющего на ободе «елочные» пазы, в которые крепятся рабочие лопатки.
Ротор ТНД с помощью шлицевого соединения передает крутящий момент на вал КНД,
который центрируется в валу ротора ТНД по пояскам и крепится гайкой.
Роликоподшипник ротора ТНД монтируется в статоре ТНД.
Корпус ТВД и
ТНД является силовым элементом двигателя, состоит из корпуса задних опор
роторов ВД и НД, наружной и внутренней обечаек, соединенных между собой
силовыми стойками и секторов сопловых лопаток, смонтированных между ними.
Секторы сопловых лопаток имеют наружные и внутренние полки. Лопатки охлаждаются
воздухом, отбираемым из-за третьей ступени КВД.
Свободная
турбина (СТ) - состоит из ротора, статора, передней и задней опор ротора.
Ротор СТ -
состоит из двух рабочих колес, переднего и заднего валов, колец лабиринтных
уплотнений, экрана, соединенных между собой болтами. Рабочие колеса состоят из
дисков, имеющих на ободах «елочные» пазы, в которые крепятся рабочие лопатки,
образующие лопаточные венцы и зафиксированные приставными лабиринтами с обеих
сторон.
Передняя
опора состоит из наружного корпуса, переходника, силовых стоек, проходящих
внутри стоек - экранов переходника, внутреннего корпуса, корпуса
роликоподшипника, и окружающих масляную полость деталей уплотнения радиально-торцовых
контактных уплотнений и лабиринтных уплотнений воздушных полостей.
Передняя
опора разъемная, силовые стойки крепят наружный и внутренний корпус с помощью
болтов.
Статор СТ
состоит из наружного корпуса, двух рядов секторов сопловых лопаток, образующих
два лопаточных венца и внутренних корпусов. Каждый из двух сопловых аппаратов
набирается из секторов сопловых лопаток.
Корпус задней
опоры СТ состоит из наружного корпуса, внутреннего корпуса и силовых стоек,
соединенных с наружным корпусом центрирующими втулками и стяжными болтами. На
наружном корпусе расположены два силовых фланца в горизонтальной плоскости для
крепления цапф задней подвески изделия, фланцы для крепления трубопроводов.
Ротор СТ с помощью шлицевого соединения передает крутящий момент на ведущий
вал, приводящий во вращение нагнетатель газоперекачивающего насоса.
2.1.5 Выходное устройство
Выходное
устройство состоит из наружного и внутреннего корпусов, промежуточных диафрагм,
соединенных с помощью ребер к наружному и внутреннему корпусу. Выходное
устройство передним фланцем крепится к заднему наружному фланцу корпуса задней
опоры болтами и самоконтрящимися гайками. Внутренний корпус уплотнен с помощью
уплотнительного (поршневого) кольца с внутренним корпусом задней опоры.
2.1.6 Ведущий вал
Ведущий вал
предназначен для передачи крутящего момента от свободной турбины к нагнетателю,
при этом ведущий вал компенсирует несоосность и перекос ротора нагнетателя и
вала турбины. Ступица не имеет осевой фиксации на валу турбины, что позволяет
компенсировать термическое расширение деталей турбины и вала. На валу имеется
две дисковые гибкие муфты. Все соединения вала выполняются призонными болтами.
2.1.7 Крепление двигателя
Двигатель
устанавливается на раму, на которой расположены часть агрегатов двигателя, и
крепится к раме в двух поясах .В заднем поясе крепления на корпусе свободной
турбины установлены две цапфы - в горизонтальной плоскости, и штырь - внизу.
Штырь входит в гнездо с шарнирным подшипником, установленным на раме и
воспринимает осевую и боковую силы. Вес двигателя воспринимают подкосы,
соединяющие цапфы двигателя с рамой.
В переднем
поясе крепления на промежуточном корпусе двигателя установлены два кронштейна
крепления. Двигатель крепится к раме двумя подкосами с шарнирными подшипниками,
компенсирующими температурное удлинение двигателя.
Для
проведения такелажных работ на двигателе и раме выполнены такелажные узлы.
.2 РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЕРА РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ
В данном разделе осуществлен расчёт на прочность пера лопатки от действия
статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые
появляются при вращении ротора, и газовые силы, возникающие при обтекании газом
профиля пера лопатки и в связи с наличием разности давлений газа перед и за
лопаткой.
При расчёте лопатки на прочность принимаем следующие допущения:
лопатку рассматриваем как консольную балку, жестко заделанную в ободе
диска;
напряжения определяем по каждому виду деформации отдельно;
температуру в рассматриваемом сечении пера лопатки считаем одинаковой,
т.е. температурные напряжения отсутствуют;
лопатку считаем жесткой, а деформацией лопатки под действием сил и
моментов пренебрегаем;
предполагаем, что деформации лопатки протекают в упругой зоне, т.е.
напряжения в пере лопатки не превышают предел пропорциональности.
Цель расчёта на прочность - определение напряжений и запасов прочности в
различных сечениях по длине пера лопатки.
Исходные данные
Для расчета на прочность лопатки турбины из газодинамического расчёта
берем следующие данные:
радиус
корневого сечения 
радиус
периферийного сечения 
длина
лопатки L = 0,042
давление
газа перед и за лопаткой соответственно 
осевые
составляющие скорости газа перед и за лопаткой 
число
лопаток на рабочем колесе z = 75.
частота
вращения ротора n = 14619 об/мин.
Параметры
профиля в трёх сечениях занесены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1- Параметры профиля турбины в трёх сечениях.
|
Корневое
|
среднее
|
периферийное
|
|
Хорда b, м
|
0,0301
|
0,0301
|
0,0301
|
|
Макс. толщина профиля, м
|
0,005
|
0,0039
|
0,00274
|
Таблица 2.1 - Параметры профиля турбины в трёх сечениях.(продолжение)
|
Макс. стрела прогиба ср. линии, м
|
0,010
|
0,008
|
0,007
|
|
Угол установки профиля, рад
|
1,1669
|
1,019
|
0,7976
|
9.
плотность конструкционного материала лопаток (ЖС - 6К) 
Определение
интенсивности нагрузки от газовых сил
Газовые
силы, действующие на единицу длины рабочей лопатки (интенсивность нагрузки),
находим по формулам:
в
окружном направлении (для среднего сечения):
;
в
осевом направлении (в корневом сечении):
;
в
осевом направлении (в периферийном сечении):
Расчёт
на прочность пера рабочей лопатки
Вычисления
выполняем с помощью программы statlop.exe.
Результаты
расчёта сведены в таблицу 2.2. графики распределения суммарных напряжений и
коэффициента запаса прочности по длине пера лопатки представлены на рисунок
2.3. и 2.4.
Таблица
2.2 - Расчет на прочность пера рабочей лопатки турбины
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЕРА
РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)
-------------------------------------------------------------------------------
ВЫПОЛНИЛ(А) : GORBENKO
УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: турбина МАТЕРИАЛ: gs6k
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:= 2.000000 CL= 4.600000E-02 RK= 2.790000E-01 RP=
3.250000E-01
VP= 3.000000E-07 UPP= 0.000000E+00 APP= 0.000000E+00=
14619.000000 AA= 0.000000E+00 AU= 0.000000E+00 PU= 6263.000000= 7602.000000
PAP= 8855.000000 RO= 8250.000000= 3.010000E-02 3.010000E-02 3.010000E-02=
5.000000E-03 3.900000E-03 2.740000E-03= 1.000000E-02 8.000000E-03 7.000000E-03=
1.166900 1.019000 7.976000E-01
SPT= 950.000000 940.000000 920.000000 860.000000
.000000 860.000000 860.000000 860.000000
.000000 860.000000 860.000000
Результаты расчета на прочноcть пера лопаткиX F Jmin Spakt SизгA SизгB
SизгCm^2 m^4 МПа МПа МПа МПа
1 .00000 .104E-03 .771E-09 225.579 109.331 76.528 -57.638
.00460 .100E-03 .616E-09 209.738 99.647 72.575 -53.975
.00920 .954E-04 .541E-09 193.694 86.750 65.237 -47.437
.01380 .908E-04 .480E-09 177.093 73.075 56.658 -40.184
.01840 .861E-04 .428E-09 159.800 59.148 47.231 -32.614
.02300 .814E-04 .381E-09 141.693 45.378 37.280 -25.019
.02760 .766E-04 .338E-09 122.638 32.209 27.196 -17.705
.03220 .718E-04 .298E-09 102.475 20.196 17.508 -11.030
.03680 .669E-04 .261E-09 81.001 10.071 8.954 -5.442
.04140 .620E-04 .225E-09 57.954 2.848 2.594 -1.515
.04600 .572E-04 .191E-09 32.984 .000 .000 .000SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc
[МПa] [МПa] [МПa]
334.910 302.107 26.073 2.837 3.145 5.657
309.385 282.313 155.763 3.038 3.330 6.035
280.444 258.931 146.257 3.281 3.553 6.290
250.168 233.752 136.910 3.438 3.679 6.282
218.948 207.032 127.187 3.928 4.154 6.762
187.071 178.973 116.674 4.597 4.805 7.371
154.847 149.834 104.933 5.554 5.740 8.196
122.671 119.982 91.445 7.011 7.168 9.405
91.072 89.955 75.559 9.443 9.560 11.382
60.803 60.549 56.439 14.144 14.203 15.238
32.984 32.984 32.984 26.073 26.073 26.073
ВЫВОД
Так как минимальный запас прочности лопатки (у корня) превышает
допустимый (2,837>1,3), то условие запаса статической прочности выполняется,
что доказывает соответствие нормам прочности.
2.3 Расчёт на прочность диска турбины
Диски находятся под воздействием инерционных центробежных сил,
возникающих при вращении от массы рабочих лопаток и собственной массы дисков.
Эти силы вызывают в дисках растягивающие напряжения. От неравномерного нагрева
дисков турбин возникают температурные напряжения, которые могут вызывать как
растяжения, так и сжатие элементов диска.
Кроме напряжений растяжения и сжатия, в дисках могут возникать напряжения
кручения и изгиба. Напряжения кручения появляются, если диски передают крутящий
момент, а изгибные - возникают под действием разности давлений и температур на
боковых поверхностях дисков, от осевых газодинамических сил, действующих на
рабочие лопатки, от вибрации лопаток и самих дисков, под действием
гироскопических моментов, возникающих при эволюциях самолёта.
При расчёте принимаем следующие допущения:
. Диск считается симметричным относительно серединной плоскости,
перпендикулярной оси вращения;
. Диск находится в плоско-наряженном состоянии;
. Температура диска меняется только по его радиусу и равномерна по
толщине;
. Напряжения на любом радиусе не меняются по толщине;
. Наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов и
проточек на его частях не принимается во внимание.
Целью расчёта является определение напряжений и запасов прочности в
различных сечениях по радиусу диска.
Исходные данные:
Частота
вращения диска 
об/мин;
Материал
диска - ЖС-6К;
Плотность
материала 
Напряжение
в корневом сечении пера лопатки от растяжения центробежными силами на расчетном
режиме 
МПа;
Площадь
корневого сечения лопатки 
Число
лопаток на рабочем колесе 
;
Площадь
радиального сечения разрезной части обода 
Радиус
центра тяжести площади радиального сечения 
Определение
контурной нагрузки диска
Напряжение
от центробежных сил лопаток и замковой части обода
может сыть определено для случая, когда лопатки и диск изготовлены из материала
с одинаковой плотностью, по формуле:
где
z - число лопаток на ободе диска;
напряжение
в корневом сечении лопаток от растяжения центробежными силами;
площадь
корневого сечения лопатки;
плотность
материала диска и лопатки;
площадь
радиального сечения разрезной части обода диска;
радиус
центра тяжести площади 
;
наружный
радиус неразрезного обода диска;
ширина
обода диска на радиусе 
.
Разобьем
профиль диска на 21 расчетных сечений. Подставляя в приведенную формулу
значение радиуса для каждого сечения, рассчитываем температуру диска 
и по характеристикам 
, 
материала ХН70ВМЮТ определяем значения модуля
упругости 
, коэффициента линейного расширения 
и предела длительной прочности 
для заданного радиуса диска.
Коэффициент
Пуассона для материала диска принимаем равным 0,3.
Таблица
2.3 - Изменение модуля упругости ,
коэффициента линейного расширения и
предела длительной прочности по
радиусу диска
|
Номер сечения
|
R,м
|
b, м
|
   
|
|
|
|
|
1
|
55
|
92
|
470
|
1792.4
|
1.86
|
1021
|
|
2
|
62
|
92
|
470.2
|
1792.4
|
1.86
|
1021
|
|
3
|
71
|
92
|
470.9
|
1791.6
|
1.86
|
1021
|
|
4
|
77
|
80
|
471.6
|
1790.8
|
1.86
|
1020
|
|
5
|
82
|
70
|
472.4
|
1789.5
|
1020
|
|
6
|
85.5
|
63
|
473.1
|
1789.5
|
1.86
|
1020
|
|
7
|
89
|
56
|
473.9
|
1788.4
|
1.86
|
1019
|
|
8
|
91.5
|
51
|
474.5
|
1787.8
|
1.87
|
1019
|
|
9
|
93.8
|
46.4
|
475.1
|
1787.1
|
1.87
|
1019
|
|
10
|
96
|
42
|
475.6
|
1786.6
|
1.87
|
1018.3
|
|
11
|
98
|
38
|
476.2
|
1786
|
1.87
|
1018
|
|
12
|
100
|
34
|
476.8
|
1785.3
|
1.87
|
1016.5
|
|
13
|
110
|
32.55
|
480.2
|
1781.7
|
1.87
|
1013.5
|
|
14
|
126
|
30.23
|
486.9
|
1774.4
|
1.879
|
1008.7
|
|
15
|
145
|
27.48
|
497.2
|
1763
|
1.89
|
1001.5
|
|
16
|
167
|
24.29
|
512.1
|
1745.9
|
1.907
|
990.6
|
|
17
|
192
|
20.67
|
533.1
|
1720.8
|
1.93
|
974.5
|
|
18
|
220
|
16.61
|
561.5
|
1684.4
|
1.96
|
961.5
|
|
19
|
238
|
14
|
582.5
|
1655.5
|
1.982
|
961.5
|
|
20
|
238
|
26
|
582.5
|
1655.5
|
1.982
|
956.7
|
|
21
|
244
|
26
|
590
|
1655.5
|
1.99
|
956.7
|
Расчет статической прочности диска проводим на ЭВМ. Вычисления выполняем
в программе disk.exe.
Результаты расчета сведены в таблицу 2.4. По этим результатам построены
графики распределения напряжений и коэффициента запаса статической прочности по
радиусу диска.
Таблица 2.4 - Расчет на прочность дисков турбин
ОПТИМИЗАЦИЯ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ САПР
*************************************************************
ВЫПОЛНИЛ(А) : gorbenko= 21 Z= 1 DP= 0 DT= 1 NR= 14619.000000 S=
135.300000= 0.000000E+00 BZ= 0.000000E+00 NZ= 1 QZ= 0.000000E+00 MU=
3.000000E-01= 1.300000(K)= 5.500000E-02 6.200000E-02
7.100000E-02 7.700000E-02
.200000E-02 8.550000E-02 8.900000E-02 9.150000E-02
.380000E-02 9.600000E-02 9.800000E-02 1.000000E-01
.100000E-01 1.260000E-01 1.450000E-01 1.670000E-01
.920000E-01 2.200000E-01 2.380000E-01 2.380000E-01
.440000E-01(K)= 9.200000E-02 9.200000E-02 9.200000E-02
8.000000E-02
.000000E-02 6.300000E-02 5.600000E-02 5.100000E-02
.640000E-02 4.200000E-02 3.800000E-02 3.400000E-02
.260000E-02 3.020000E-02 2.750000E-02 2.430000E-02
.070000E-02 1.660000E-02 1.400000E-02 2.600000E-02
.600000E-02(K)= 7.000000E-02 7.000000E-02 7.000000E-02
6.000000E-02
.000000E-02 4.500000E-02 4.000000E-02 3.500000E-02
.000000E-02 2.600000E-02 2.000000E-02 1.700000E-02
.600000E-02 1.500000E-02 1.400000E-02 1.300000E-02
.100000E-02 9.500000E-03 8.000000E-03 2.600000E-02
.600000E-02(K)= 1.100000E-01 1.100000E-01 1.100000E-01
1.000000E-01
.000000E-02 8.300000E-02 7.600000E-02 7.100000E-02
.600000E-02 6.200000E-02 5.600000E-02 5.000000E-02
.600000E-02 4.200000E-02 3.800000E-02 3.400000E-02
.000000E-02 2.600000E-02 2.400000E-02 2.600000E-02
.600000E-02(Z)= 20= 8200.000000(K)= 470.000000 470.200000
470.900000 471.600000
.400000 473.100000 473.900000 474.500000
.100000 475.600000 476.200000 476.800000
.200000 486.900000 497.200000 512.100000
.100000 561.500000 582.500000 582.500000
.000000(K)= 179240.000000 179240.000000 179160.000000
179080.000000
.000000 178950.000000 178840.000000 178780.000000
.000000 178660.000000 178600.000000 178530.000000
.000000 177440.000000 176300.000000 174590.000000
.000000 168440.000000 165550.000000 165550.000000
.000000(K)= 1.860000E-05 1.860000E-05 1.860000E-05
1.860000E-05
.860000E-05 1.860000E-05 1.860000E-05 1.870000E-05
.870000E-05 1.870000E-05 1.870000E-05 1.870000E-05
.870000E-05 1.879000E-05 1.890000E-05 1.907000E-05
.930000E-05 1.960000E-05 1.982000E-05 1.982000E-05
.990000E-05(K)= 1021.000000 1021.000000 1021.000000
1020.000000
.000000 1020.000000 1019.000000 1019.000000
.000000 1018.300000 1018.000000 1016.500000
.500000 1008.700000 1001.500000 990.600000
.500000 961.500000 961.500000 956.700000
.700000R(I),M B(I),M MAS(I),КГ SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP
.5500E-01 .9200E-01 .0000 .0000 1145. 1145. .8919
.6200E-01 .9200E-01 1.941 137.8 996.0 934.7 1.092
.7100E-01 .9200E-01 2.837 250.9 865.2 771.0 1.324
.7700E-01 .8000E-01 1.967 327.0 817.9 713.0 1.431
.8200E-01 .7000E-01 1.536 392.1 792.8 686.6 1.486
.8550E-01 .6300E-01 1.004 442.8 783.4 680.4 1.499
.8900E-01 .5600E-01 .9361 500.1 779.4 683.9 1.490
.9150E-01 .5100E-01 .6219 548.2 773.0 688.7 1.480
.9380E-01 .4640E-01 .5347 599.2 778.7 706.3 1.443
.9600E-01 .4200E-01 .4755 656.2 788.5 731.4 1.392
.9800E-01 .3800E-01 .3998 717.8 801.1 762.9 1.334
.1000 .3400E-01 .3673 791.2 818.7 805.3 1.262
.1100 .3260E-01 1.801 806.4 807.2 806.8 1.256
.1260 .3020E-01 3.054 829.6 781.6 806.6 1.250
.1450 .2750E-01 3.827 847.0 748.9 802.5 1.248
.1670 .2430E-01 4.580 864.7 704.1 796.7 1.243
.1920 .2070E-01 5.202 882.6 643.6 790.7 1.233
.2200 .1660E-01 5.542 911.7 567.7 797.4 1.206
.2380 .1400E-01 3.249 947.1 519.7 821.5 1.170
20 .2380 .2600E-01 .0000 135.3 276.2 239.2 4.000
.2440 .2600E-01 1.937 135.3 276.2 239.2 4.000
ПОЛНАЯ МАССА ДИСКА : 41.81420 КГ
*************************************************************
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ДИСКА:
I R(I),M B(I),M MAS(I),КГ SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP
.5500E-01 .7001E-01 .0000 .0000 785.4 785.4 1.300
.6200E-01 .8571E-01 1.643 92.09 682.4 641.3 1.592
.7100E-01 .1051 2.942 145.5 584.4 526.9 1.938
.7700E-01 .9223E-01 2.257 191.8 547.5 481.2 2.120
.8200E-01 .7571E-01 1.720 241.6 529.4 459.0 2.222
.8550E-01 .6127E-01 1.034 294.3 526.9 457.4 2.230
.8900E-01 .4981E-01 .8739 353.1 529.2 466.8 2.183
.9150E-01 .3889E-01 .5155 431.1 535.6 491.7 2.072
.9380E-01 .3170E-01 .3875 509.4 553.5 532.8 1.913
.9600E-01 .2601E-01 .3103 597.8 576.9 587.6 1.733
.9800E-01 .2148E-01 .2373 697.7 605.3 656.4 1.551
.1000 .1813E-01 .2020 800.9 636.5 732.7 1.387
.1100 .1601E-01 .9233 858.0 662.9 779.0 1.301
.1260 .1500E-01 1.508 847.0 664.8 772.2 1.306
.1450 .1400E-01 1.924 826.5 647.8 753.2 1.330
.1670 .1300E-01 2.388 792.5 604.3 717.1 1.381
.1920 .1246E-01 2.943 711.5 520.7 637.8 1.528
.2200 .1376E-01 3.895 498.4 364.4 446.7 2.152
.2380 .1683E-01 3.249 296.8 224.4 268.0 3.587
.2380 .2599E-01 .0000 135.3 175.9 159.5 5.997
.2440 .2599E-01 1.937 135.3 175.9 159.5 5.997
ПОЛНАЯ МАССА ДИСКА : 30.88927 КГ
Вывод
В данном разделе был проведён расчет статической прочности диска турбины.
Полученные результаты удовлетворяют нормы прочности и соответствуют современным
стандартам. Следует учесть, что теоретический расчёт не есть конечным
результатом в проектировании двигателя. Нет абсолютно правильных методов
расчета таких сложных узлов, как турбина, так как все они не учитывают
множество сторонних факторов.
2.4 Расчёт на прочность замка крепления лопатки
типа «елочного»
Лопатка турбины данного двигателя крепиться к диску замком типа
«елочного». Способ достаточно проверенный и широко распространён.
Основной нагрузкой, действующей на замок, является центробежная сила всей
лопатки, включая замковую часть.
При расчёте «елочного» замка обычно пренебрегают действием изгибающих и
крутящих моментов от газодинамических и центробежных сил и определяют
напряжения только от центробежных сил.
Исходные данные :
Число
оборотов турбины об/мин
Напряжения
растяжения в корневом сечении лопатки 
Мпа
Удельный
вес материала 
Площадь
корневого сечения лопатки 
Угол
наклона контактной площадки 
Угол
клина замка 
Таблица 2.5 - Результаты определения размеров замка «елочного» типа
|
l, м
|
b, м
|
h=δ, м
|
Rцт.хв, мм
|
с, м
|
е, м
|
φ
|
α
|
|
1
|
0,0105
|
0,026
|
0,007
|
275,5
|
0,0016
|
0,0008
|
150
|
150
|
|
2
|
0,009
|
0,026
|
0,007
|
268,5
|
0,0016
|
0,0008
|
150
|
150
|
|
3
|
0,0075
|
0,026
|
0,007
|
261,5
|
0,0016
|
0,0008
|
150
|
150
|
|
4
|
0,006
|
0.026
|
0,007
|
254,5
|
0,0016
|
0,0008
|
150
|
150
|
|
5
|
0,0045
|
0.026
|
0,007
|
247,5
|
0,0016
|
0,0008
|
150
|
150
|
Порядок выполнения расчёта:
. Определяется центробежная сила пера лопатки:
.Определяем
центробежную силу хвостовика лопатки:
.
Определяем полную центробежную силу лопатки:
.
Определяется сила 
действующая на зуб с длиной контактной площадки 
:
Н;
.
Определяются напряжения смятия на контактных площадках каждого зуба:
МПа;
Напряжения
смятия у ранее выполненных газовых турбин находились в пределах:
Определяются
напряжения изгиба зубьев:
МПа;
Напряжения
изгиба у ранее выполненных турбин находились в пределах: 
.
Определяются напряжения среза зубьев:
МПа;
8. Определяются напряжения растяжения в перемычках хвостовика лопатки:
МПа;
Аналогично:
Напряжения
растяжения в перемычках хвостовиков лопаток ранее выполненных турбин лежали в
пределах: 
.
Определяется запаса прочности в «елочного»замке по изгибающим напряжениям:
Таблица
2.6 - Результаты расчета замка елочного типа
|
№ сечений
|
Хвостовик лопатки
|
,
,
Н
,
Н
,
МПа
,
МПа
,
|
МПа
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I
|
2262
|
12037
|
6953
|
167
|
133
|
38,2
|
130
|
|
II
|
1989
|
10315
|
6953
|
167
|
133
|
38,2
|
138,4
|
|
3
|
1716
|
8666
|
6953
|
167
|
133
|
38,2
|
147,3
|
|
4
|
1443
|
7092
|
6953
|
167
|
133
|
38,2
|
160
|
|
5
|
5592
|
6953
|
167
|
133
|
38,2
|
169,2
|
Вывод
Напряжения среза, изгиба, смятия и растяжения находятся в поле допуска,
что подтверждает правильность проектирования замка.
Наибольшими оказались напряжения смятия в последней паре зубьев
лопаточного замка (167,0МПа) и напряжения растяжения в наиболее удаленном от
периферии сечении гребня обода диска(169,2МПа).
.5 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ФОРМЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ
ТУРБИНЫ И ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНОЙ ДИАГРАММЫ
При работе газотурбинного двигателя на рабочие лопатки турубины действуют
периодически изменяющиеся газовые силы, что связанно с неравномерностью
газовоздушного потока по окружности в проточной части двигателя. Эти силы
вызывают вынужденные колебания лопаток. При совпадении частот собственных
колебаний лопатки с частотами вынужденных колебаний наступают резонансные
колебания, при которых амплитуда колебаний резко возрастает, что может привести
к разрушению лопатки. Опасных резонансных колебаний можно избежать путем
изменения частоты собственных колебаний лопаток или частоты и величины
возбуждающей силы.
Колебания лопаток могут быть изгибными, крутильными, сложными и
высокочастотными пластиночными.
Особенно легко возбуждаются колебания по основной (первой) изгибной
форме. Нередко возникают колебания по второй или третьей изгибной, первой или
второй крутильной формам.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Для расчета необходимо знать значения площадей поперечных сечений
лопатки, моментов инерций по длине лопатки. Эти данные берём из расчета на
статическую прочность лопатки компрессора:
) материала лопатки: ЖС-6К;
) объём бандажной полки: 0;
) расстояние от центра тяжести бандажной полки до оси вращения:0;
) расстояние от центра тяжести бандажной полки до корневого сечения
лопатки :0;
) длина лопатки: 0,042 м;
) радиус корневого сечения: 0,279 м;
7)
плотность материала лопатки: 
)
модуль упругости материала, МПа: 4*200000 181000 2*164000 160000 157000 149000
130100
)
площади лопатки:
в
корневом сечении: 
в
среднем сечении: 
в
периферийном сечении: 
)
минимальные моменты инерции лопатки:
в
корневом сечении: 
в
среднем сечении: 
в
периферийном сечении: 
)
максимальная частота вращения 243.65 об/с;
Вычисления
делаем по программе кафедры 203 dinlop.exe.
Результаты
расчета представлены в таблице 2.7.
Таблица
2.7- Результаты расчета динамической частоты -1формы изгибных колебаний лопатки
турбины
ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ РЕЛЕЯ
---------------------------------------------------------------------
ВЫПОЛНИЛ(А) : gorbenko
УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: турбина МАТЕРИАЛ: gs6k
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
E=
200000.000000 200000.000000 200000.000000 200000.000000
.000000 164000.000000 164000.000000 160000.000000
.000000 149000.000000 130100.000000
PO=
8250.000000 VP= 3.000000E-07 RP=
3.230000E-01
XP=
4.400000E-02 RK= 2.790000E-01 L= 4.600000E-02
FK=
1.040000E-04 FC= 8.140000E-05 FP= 5.720000E-05 JK=
7.710000E-10
JC= 3.810000E-10 JP= 1.910000E-10 NSM= 243.650000EPS=
1.000000E-03
Q0= 1.600000 Q1= 2.500000
---------------------------------------------------------------------
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:NS [об/с] F1 [1/с]
1.84528700 .0 3348.9830
1.84528700 24.4 3349.9230
1.84528700 48.7 3352.7420
1.84516400 73.1 3357.4350
1.84499900 97.5 3201.7130
1.84467000 121.8 3058.4810
1.84444900 146.2 3069.7840
1.84412100 170.6 3046.4930
1.84379100 194.9 3034.3570
1.84324200 219.3 2977.5350
1.84236400 243.6 2815.2100
---------------------------------------------------------------------
Построение частотной диаграммы
Для
построения частотной диаграммы необходимо нанести на график диапазон рабочих
частот вращения двигателя, т.е. отметить зон от оборотов малого газа 
до максимальных оборотов 
За частоту вращения ротора на режиме малого газа
можно принимать: для ТВаД 
.
Для
определения резонансных режимов работы двигателя с учетом принятого масштаба
нанести на график пучок прямых линий, выходящих из начала координат, которые
представляют собой частоты колебания гармоник возбуждающих сил, описываемых
уравнением:
где
порядок гармоник возбуждающих сил; на графике он равен
тангенсу угла наклона прямой. Для турбинных лопаток наиболее сильными
возбудителями вынужденных колебаний являются камеры сгорания ( 
где 
число
жаровых труб или количество форсунок 
),
лопатки соплового аппарата (
где 
число лопаток соплового аппарата 
).
Точки
пересечения лучей с кривой изменения 
дадут
резонансные частоты вращения двигателя. Наличие резонансных режимов в рабочей
зоне нежелательно.
Следует
отметить, что для турбинных лопаток не обходимо учитывать влияние снижения
модуля упругости с повышением температуры, что приводит к уменьшению частоты
колебаний. Так как величина коэффициента В не зависит от упругих свойств
лопатки, то собственную частоту вращающейся турбинной лопатки с учетом
температуры определяют по формуле:
где
частота колебаний невращающейся лопатки, Гц;
модули
упругости материала лопатки при нормальной и рабочей температуре;
частота
вращения ротора, об/с.
Вывод
Теоретический
расчёт не даёт полной картины и точных результатов, но по полученным данным
можно предположить, попадёт ли значение собственной частоты колебания лопатки в
зону рабочих частот вращения ротора. По результатам расчетов и построенной
частотной диаграмме видим, что в зоне рабочих режимов резонансные частоты
отсутствуют.
2.6 УЗЕЛ
КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ТВАД
Напряжения в
корпусе камеры сгорания
;
Где
: R=0,298 м; 
м;
;
=186,4
МПа;
;следует
запас 
.
ВЫВОД
На внутренний
корпус камеры сгорания не действует разность давлений, поэтому на устойчивость
он не рассчитывается.
3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 РАЗРАБОТКА ПРЕДВАТЕЛЬНОГО ПЛАНА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ АД
3.1.1 Анализ материала детали
Данная деталь представляет собой тело вращения со ступенями. Длина детали
больше диаметра зубчатого венца. Деталь состоит из зубчатого венца (внутреннего
- под шлицы, а наружного - под зубчатое колесо). Кроме того, на детали имеются
6 пазов и 6 отверстий. Предусмотрены канавки для выхода резца при обработке.
Описание конструкции детали. Блок шестерен состоит из двух зубчатых
венцов (внутренний и наружный). На детали имеются пазы, отверстия, канавки.
Назначение детали. Блок шестерен предназначен для передачи крутящего
момента.
Условия работы детали. На блок шестерен действует крутящий момент,
передаваемый шлицевыми соединениями. Условия работы тяжелые, следовательно,
деталь должна быть надежной в работе.
Выбор стали для изготовления той или другой детали машин и метод ее
упрочнения определяется уровнем требуемой конструкционной прочности,
технологичностью механической, термической и химико-термической обработки,
объемом производства, дефицитностью, стоимостью материала и себестоимостью
упрочняющей обработки.
Материал блока шестерен Сталь 45Г ГОСТ4543-71[4]
Таблица 3.1
|
Химический элемент
|
%
|
|
Кремний (Si)
|
0.17-0.37
|
|
Марганец (Mn)
|
0.70-1
|
|
Медь (Cu)
|
0.30
|
|
Никель (Ni)
|
0.3
|
|
Сера (S), не более
|
0.035
|
|
Углерод (C)
|
0.42-0.50
|
|
Фосфор (P), не более
|
0.035
|
|
Хром (Cr)
|
0.30
|
|
Химический элемент
|
%
|
Механические свойства после термообработки (закалка в масле) следующие:
твердость 31 - 47HRC , предел прочности 720 МПа. В целях повышения
износостойкости боковые поверхности зубьев шестерни подвергаются
нитроцементации, обеспечивающей высокую твердость поверхности зубьев - HRC 80 и
высокую усталостную прочность. Нитроцементация проводится при температуре
500…600 0С.
Режим термообработки: закалка 900…9500С, отпуск 630…650°. Закалочная
среда - масло, отпуск производится на воздухе.
3.1.2 Количественная оценка технологичности
На рис. 2.1 приведен эскиз детали с нумерацией поверхностей, подлежащих
обработке.
Количественная оценка технологичности:
По точности.
Найдём средний квалитет детали:
,
где
N - количество поверхностей
Т
- значение степени точности
Коэффициент
точности:
Используя
условие: если Кт. ч.≥0,8, то деталь технологична по точности.
Найдем
среднюю шероховатость:
ш
- коэффициент технологичности по шероховатости.
С
учётом условия, что КШ ≤0,32 то деталь считается технологичной по
шероховатости, в данном случае деталь также технологична.
.2
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
3.2.1 Определение массы и степени сложности заготовки
По
оценки технологичности существуют стандарты оценки с соответствующими
показателями технологичности. КИМ-коэффициент использования материала.
Для
определения массы детали необходимо найти ее объем:
;
ММ 
;
мм3;
мм3;
мм3;
мм3;
Суммируя
все объемы, получим 
:
мм3.
В
результате вычисления характеристик детали, получим ее объем:
(м3);
Массу
детали определяем по объему и удельному весу по формуле:
кг.
В
нашем случае наиболее выгодным способом получения заготовки является штамповка
исходя из условий работы детали. В результате обработки заготовки штамповкой
получается радиальное расположение волокон. При этом создаются благоприятные
условия для нарезания зубьев, шлицов и т.д.
Штамповка
- обработка заготовок из сортового или листового проката давлением с
использованием штампа. Основной метод получения заготовки для серийного и
массового производства. КИМ=0,75…0,9.
Определение
массы поковки
Расчетная
масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочную
величину расчетной массы поковки (
) можно
вычислять по формуле:
где:
-
расчетная масса поковки;
- масса
детали;
-
расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии ГОСТ7505 -89. Для поковок
типа шестерни 
, принимаем 
.
Тогда
кг.
Определяем
массу цилиндра
Объем
цилиндра:
-
плотность для стали цилиндра;
.
Определяем
коэффициент сложности поковки:
Следовательно на основании полученных расчетов выбираем С3 (С3=0,16…0,32)
.
Шероховатость неуказанных поверхностей Rz=20мкм.
Метод получения заготовки - поковка. Данный метод подходит больше, чем
другие по нескольким причинам:
Коэффициент использования материала получается минимальным.
Расположение волокон.
Находим допуски на изготовление поковки
Таблица 3.2 − Допуски основных размеров поковки
|
N поверх-ности
|
Номинальный размер
|
Допуск детали
|
Квалитет
|
Допуск заготовки
|
Квалитет
|
|
1-12
|
119
|
87
|
js9
|
 IT16
|
|
|
2
|
Ø 110
|
350
|
h12
|
IT16
|
|
|
4
|
Ø 84
|
35
|
H7
|
 IT16
|
|
|
1-8
|
40
|
39
|
H8
|
 IT16
|
|
|
10-12
|
29
|
210
|
h12
|
IT16
|
|
|
16
|
Ø69
|
30
|
H7
|
 IT16
|
|
|
22
|
Ø 231
|
72
|
h8
|
 IT16
|
|
|
9
|
Ø75
|
300
|
H12
|
 IT16
|
|
|
24
|
Ø184
|
460
|
H12
|
 IT16
|
|
|
7-1
|
33
|
250
|
h12
|
 IT16
|
|
|
19-12
|
14
|
180
|
H12
|
 IT16
|
|
|
19-25
|
15
|
180
|
h12
|
IT16
|
|
|
20-25
|
18
|
180
|
H12
|
IT16
|
|
|
11-12
|
3
|
100
|
H12
|
IT16
|
|
|
17-11
|
20
|
62
|
h9
|
IT16
|
|
|
3
|
Ø 99
|
350
|
h12
|
 IT16
|
|
3.3 РАСЧЕТ ЧИСЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ ОБРАБОТКИ ОСНОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ДЕТАЛИ
Число переходов, необходимое для обработки каждой из поверхностей детали
и их состав по применяемым методам обработки определяются соотношением
характеристик точности размеров, формы и шероховатости одноимённых поверхностей
исходной заготовки и готовой детали.
При определении необходимого и достаточного количества ступеней обработки
отдельных поверхностей для обеспечения заданных характеристик точности
формообразующих размеров, формы и качества поверхности с достаточной для
практических целей точностью, воспользуемся зависимостями:
число ступеней обработки, необходимое для обеспечения заданной точности:
где Тзаг - допуск размера заготовки, мкм [табл.3.2];
Тдет - допуск размера детали, мкм.
число ступеней обработки, необходимое для обеспечения заданной
шероховатости:
где Raзаг - шероховатость поверхности заготовки, мкм;дет -
шероховатость поверхности готовой детали, мкм.
Для торцевых и конических поверхностей расчет потребного числа переходов
производится только по шероховатости ввиду отсутствия допусков на эти
поверхности.
Число потребного количества ступеней обработки принимаем исходя из
следующих факторов:
Увеличение ступеней обработки приводит к уменьшению доли общего припуска,
снимаемого на каждой операции в отдельности, что в свою очередь приводит к
разгрузке оборудования, увеличению стойкости режущего инструмента, улучшению
процесса резания.
В свою очередь меньшее количество ступеней обработки требует меньшего
количества оборудования, меньшее количество людей, значительно упрощается
техпроцесс и уменьшается время на обработку.
Исходя из этих соображений будем намерено завышать количество операций
для наиболее ответственных поверхностей. Для наименее ответственных
поверхностей, будем намеренно занижать количество операций. Разбивку точности
проводим исходя из метода обработки.
Для поверхности №3 [рис.3.1] имеем:
Принимаем
ближайшее целое число для большего, т.е. n = 6.
Результаты
расчета необходимого числа ступеней обработки для остальных повехностей детали
и методы обработки приведены в табл. 4.1.
Таблица 3.3 − Расчет числа потребных технологических переходов
формообразования поверхностей заготовки
|
№ пов.
|
Размер, мм
|
Точность мкм
|
Шерохова- тость, Rz
|
Число ступеней обработки
|
Точность по ступеням
|
Шероховатость По ступеням
|
Методы обработки
|
|
дет
|
заг
|
дет
|
Заг
|
дет
|
заг
|
1
|
2
|
3
|
1
|
2
|
3
|
4
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
1-12
|
119
|
|
Js9
|
IT16
|
20
|
160
|
3.05
|
2.26
|
3
|
12
|
10
|
9
|
|
80
|
40
|
20
|
|
1.Черновое растачивание 2.Получистовое растачивание
Чистовое растачивание
|
|
|
|
87
|
2200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
Ø 110
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.74
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Черновое растачивание 2. Чистовое растачивание
|
|
|
|
350
|
2200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
Ø84
|
|
H7
|
IT16
|
20
|
160
|
3.9
|
2.26
|
4
|
12
|
10
|
8
|
7
|
80
|
40
|
20
|
1.Черновое точение 2.Получистовое точение 3.Чистовое
точение 4.Шлифование
|
|
|
|
35
|
2200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-8
|
40
|
|
H8
|
IT16
|
20
|
160
|
3.45
|
2.26
|
3
|
12
|
10
|
8
|
|
80
|
40
|
20
|
|
1.Черновое точение 2. Получистовое точение 3.Чистовое
точение
|
|
|
|
39
|
1500
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10-12
|
29
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.72
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
40
|
|
|
1.Черновое точение 2. Получистовое точение
|
|
|
|
210
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Ø69
|
|
H7
|
IT16
|
20
|
160
|
3.92
|
2.26
|
4
|
12
|
10
|
8
|
7
|
80
|
40
|
20
|
20
|
1.Черновое точение 2. Получистовое точение 3.Чистовое
точение 4.Шлифование
|
|
|
|
30
|
1900
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Ø 231
|
|
h8
|
IT16
|
1.28
|
160
|
3.49
|
4.13
|
3
|
12
|
10
|
8
|
|
80
|
40
|
20
|
|
1.Черновое точение 2. Получистовое точение 3.Чистовое
точение
|
|
|
|
72
|
2900
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
Ø75
|
|
H12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.38
|
1.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
Черновое точение Получистовое точение
|
|
|
|
300
|
1900
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Ø184
|
|
H12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.74
|
2,26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
460
|
2900
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
Ø99
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.74
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
350
|
2200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7-1
|
33
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.69
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
250
|
1500
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19-12
|
14
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.71
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
180
|
1100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19-25
|
15
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.71
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
180
|
1100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20-25
|
18
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.71
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
180
|
1100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11-12
|
3
|
|
h12
|
IT16
|
20
|
160
|
1.73
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Растачивание черновое 2. Растачивание чистовое
|
|
|
|
120
|
750
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17-11
|
20
|
|
h9
|
IT16
|
20
|
160
|
3.04
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
1.Черновое растачивание 2.Получистовое растачивание
|
|
|
|
52
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26
|
Ø185
|
|
h12 460
|
IT16 2900
|
20
|
160
|
0.89
|
0.58
|
1
|
12
|
|
|
|
80
|
|
|
|
1. Растачивание чистовое
|
|
15
|
Ø84
|
|
H12 350
|
IT16 2200
|
20
|
160
|
1.74
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
Черновое точение 1. Получистовое точение
|
|
21
|
Ø30.5
|
|
H12 350
|
IT16 2200
|
20
|
160
|
1.74
|
2.26
|
2
|
12
|
12
|
|
|
80
|
20
|
|
|
Сверление 1. Рассверливание
|
|
23
|
Ø92
|
|
H12 300
|
IT16 1900
|
20
|
160
|
3,82
|
2.12
|
1
|
12
|
|
|
|
80
|
|
|
|
Черновое точение
|
|
13
|
Ø196
|
|
h12 460
|
IT16 2900
|
20
|
160
|
1.74
|
1.26
|
1
|
12
|
|
|
|
80
|
|
|
|
Черновое точение
|
3.4 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ НА ДИАМЕТРАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
Выполним расчет припусков расчетно-аналитичексим методом.Величину
минимального припуска на диаметральные поверхности определяют по формуле:
,
где
Rzi-1 и hi-1 - соответственно шероховатость и глубина дефектного слоя на
предыдущей ступени обработки, мкм;
Δi-1 - величина суммарных пространственных отклонений на
предыдущей ступени обработки, мкм;
εi - погрешность установки детали в данной ступени обработки, мкм.
Величина
суммарных пространственных отклонений определяется по формуле:
,
где
Δкор - величина коробления поковки, мкм;
Δсм - величина смещения поковки, мкм.
Величина
пространственных отклонений в процессе обработки полностью не исчезает, а
значительно уменьшается по величине. Величина остаточных отклонений
определяется по величине коэффициента уточнения формы:
,
где
Ку - коэффициент уточнения формы.
Номинальный
припуск определяется по формуле:
,
где
Ti-1 - допуск размера на предыдущей обработке, мкм.
Максимальный
припуск определяется для отверстия и вала отдельно:
−
валов
,
−
отверстий
.
Минимальный
припуск для:
−
валов
,
−
отверстий
.
Расчетный
диаметр определяется для отверстия и вала отдельно:
−
валов
,
− отверстий
.
Выполним
расчет припусков на диаметральные поверхности на примере внешней цилиндрической
поверхности 15 Ø115h8 .
Составляющие
припуска, входящие в формулу, определяются с учетом принятых методов обработки
поверхностей. Результаты вычислений заносятся в таблицу 3.4 в следующем
порядке:
Маршрут
обработки элементарных поверхностей и достигаемая при этом шероховатость
поверхности заполняются в таблицу на основании данных метода обработки .
Величины
и 
,
характеризующие состояние поверхности заготовки после обработки различными
методами, определяем по таблицам точности и качества обработки .
Таблица 3.4 − Расчет припусков на диаметральные размеры
расчетно-аналитическим методом
|
№
|
Элементарная пов-ть детали. Технологический маршрут ее
обработки
|
Элементы припуска, мкм.
|
Расчетный припуск, мкм
|
Допуск размера Т, мм
|
Расчетный припуск 2Zном.р мм.
|
Расчетный размер D, мм.
|
Принятые размеры, мм.
|
Принятые припуски, мм.
|
Операционные размеры, мм.
|
|
|
|
Rz
|
h
|
D
|
e
|
2Zmin.p
|
T
|
2Zном.р
|
Dp.
|
Dmax.
|
Dmin.
|
2Zmax
|
2Zmin
|
|
|
|
Поверхность 2 [Æ 110 h12 ]
|
|
|
5
|
Штамповка
|
160
|
200
|
538.5
|
-
|
-
|
-
|
113.908
|
115
|
113.5
|
-
|
-
|
 
|
|
|
15
|
Точение черновое
|
80
|
150
|
32.3
|
200
|
1868
|
-0.87
|
2.368
|
111.54
|
111.6
|
110.73
|
3.27
|
1.9
|
111.6-0.87
|
|
|
35
|
Точение получистовое
|
20
|
30
|
27
|
100
|
670
|
-0.35
|
1.54
|
110
|
110
|
109.65
|
1.95
|
0.73
|
110-0.35
|
|
|
Поверхность 16 [Æ 69 H7 ]
|
|
|
5
|
Штамповка
|
160
|
200
|
509
|
-
|
-
|
+1 -0.5
|
-
|
65,041
|
66
|
64.5
|
-
|
-
|
|
|
|
20
|
Растачивание черновое
|
80
|
150
|
30
|
200
|
1814
|
+0,46
|
2,314
|
67,355
|
67,76
|
67,3
|
2,76
|
2,26
|
67,3+0.46
|
|
|
40
|
Растачивание получистовое
|
20
|
30
|
16
|
100
|
669
|
+0,12
|
1,129
|
68,484
|
68,52
|
68,4
|
1,28
|
1,28
|
68,4+0.12
|
|
|
65
|
Растачивание чистовое
|
20
|
30
|
10,7
|
50
|
205
|
+0,046
|
0,325
|
68,809
|
68,846
|
68,8
|
0,446
|
0,22
|
68,8+0,046
|
|
|
75
|
Шлифование
|
5
|
15
|
4,3
|
20
|
145
|
+0,03
|
0,191
|
69
|
69,03
|
69
|
0, 23
|
0,154
|
69+0,03
|
|
|
№
|
Элементарная пов-ть детали. Технологический маршрут ее
обработки
|
Расчетный припуск, мкм
|
Допуск размера Т, мм
|
Расчетный припуск 2Zном.р мм.
|
Расчетный размер D, мм.
|
Принятые размеры, мм.
|
Принятые припуски, мм.
|
Операционные размеры, мм.
|
|
|
|
2Zmin.p
|
T
|
2Zном.р.
|
Dp.
|
Dmax.
|
Dmin.
|
2Zmax
|
2Zmin
|
|
|
|
Поверхность 3 [Æ 99h12]
|
|
|
5
|
Штамповка
|
-
|
+1 -0.5
|
-
|
114
|
115
|
13.5
|
-
|
-
|
|
|
|
15
|
Растачиваниечерновое
|
2000
|
-0,54
|
13.7
|
102.17
|
102.2
|
101.66
|
3.67
|
2.1
|
102.2-0.54
|
|
|
35
|
Растачиваниечистовое
|
300
|
-0, 35
|
1.17
|
99
|
99
|
98.65
|
1.55
|
0.33
|
99-0.35
|
|
|
Поверхность 22 [Æ231 h8 ]
|
|
|
5
|
Штамповка
|
-
|
+1,1 -0.7
|
-
|
236,125
|
238.1
|
236,3
|
-
|
-
|
|
|
|
10
|
Точение черновое
|
2300
|
-0.72
|
3
|
233,125
|
233,2
|
232,38
|
3,62
|
2,4
|
233,1-0.72
|
|
|
40
|
Точение получистовое
|
500
|
-0.29
|
1.22
|
231,905
|
231,9
|
231,61
|
1,49
|
0,5
|
231,9-0.29
|
|
|
65
|
Точение чистовое
|
300
|
-0.115
|
0.59
|
231,315
|
231
|
230,985
|
0,715
|
0,31
|
231,-0.115
|
|
|
№
|
Элементарная пов-ть детали. Технологический маршрут ее
обработки
|
Расчетный припуск, мкм
|
Допуск размера Т, мм
|
Расчетный припуск 2Zном.р мм.
|
Расчетный размер D, мм.
|
Принятые размеры, мм.
|
Принятые припуски, мм.
|
Операционные размеры, мм.
|
|
|
2Zmin.p
|
T
|
2Zном.р.
|
Dp.
|
Dmax.
|
Dmin.
|
2Zmax
|
2Zmin
|
|
|
Поверхность 9 [Æ75H12]
|
|
5
|
Штамповка
|
-
|
+0.7 -1.4
|
-
|
70.3
|
70.7
|
68.6
|
-
|
-
|
|
|
20
|
Точение черновое
|
2200
|
+0,74
|
3,3
|
72,96
|
73,64
|
72,9
|
4,64
|
3,3
|
72,9+0,74
|
|
45
|
Растачиваниечистовое
|
1300
|
+0,3
|
2,04
|
75
|
75,3
|
75
|
2,4
|
1,36
|
75+0,3
|
|
Поверхность 24 [Æ184 H12 ]
|
|
5
|
Штамповка
|
-
|
+0.9 -1.8
|
-
|
176,55
|
176,9
|
174.2
|
-
|
-
|
|
|
20
|
Рассверливание
|
2500
|
+1,15
|
4,3
|
180,85
|
181,95
|
180,8
|
5,95
|
3,9
|
180,8+1,15
|
|
40
|
Растачиваниечистовое
|
2000
|
+0,46
|
3,15
|
184
|
184,46
|
184
|
3,66
|
2,05
|
184+0,46
|
|
Поверхность 4 [Æ84 H7 ]
|
|
5
|
Штамповка
|
-
|
+0.7 -1.4
|
-
|
69.866
|
70.7
|
68.6
|
-
|
-
|
|
|
25
|
Точение черновое
|
2500
|
+0.54
|
10.9
|
80.766
|
81.24
|
80.7
|
5.24
|
4
|
80.7+0.54
|
|
45
|
Точение получистовое
|
1800
|
+0.14
|
2.34
|
83.106
|
83.24
|
83.1
|
2.54
|
1.86
|
83.1+0,14
|
|
70
|
Точение чистовое
|
400
|
+0.054
|
0.54
|
83.646
|
83.654
|
83.6
|
0.554
|
0.42
|
83.6+0.054
|
|
90
|
Шлифование
|
300
|
+0.035
|
0.354
|
84
|
84.035
|
84
|
0.454
|
0.346
|
84+0.035
|
Элементарная пов-ть детали. Технологический маршрут ее
обработки
|
Расчетный припуск, мкм
|
Допуск размера Т, мм
|
Расчетный припуск 2Zном.р мм.
|
Расчетный размер D, мм.
|
Принятые размеры, мм.
|
Принятые припуски, мм.
|
Операционные размеры, мм.
|
|
|
2Zmin.p
|
T
|
2Zном.р.
|
Dp.
|
Dmax.
|
Dmin.
|
2Zmax
|
2Zmin
|
|
|
Поверхность 15 [Æ84H12]
|
|
20
|
Точение черновое
|
2200
|
+0,03
|
0.191
|
69
|
69.03
|
69
|
0.23
|
0154
|
|
|
45
|
Растачиваниечистовое
|
1300
|
+0,3
|
2,04
|
84
|
84,3
|
84
|
2,4
|
1,36
|
84+0,3
|
|
Поверхность 21 [Æ30.5 H12 ]
|
|
55
|
Сверление
|
2200
|
+0.6
|
-
|
18,1
|
18,6
|
18
|
-
|
-
|
|
|
55
|
Рассверлить
|
1300
|
+0,3
|
12.3
|
30.5
|
30,8
|
30.5
|
2,4
|
1,36
|
30.5+0,3
|
|
Поверхность 26 [Æ185 h12 ]
|
|
40
|
Точить
|
2300
|
-0.72
|
46
|
190,125
|
190
|
189,28
|
3,62
|
2,4
|
190-0.72
|
|
Поверхность13 [Æ196 h12 ]
|
|
40
|
Точить
|
2300
|
-0.72
|
40
|
196,125
|
196
|
195.28
|
3,62
|
2,4
|
196 -0.72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5 РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ НА ОБРАБОТКУ ТОРЦЕВЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
3.5.1 Определение минимальных припусков
расчетно-аналитическим методом
Расчет проводится аналогично разделу 3.4. Величину минимального припуска
на обработку торцевой поверхности определяют по формуле:
,
где
Rzi-1 и hi-1 - соответственно шероховатость и глубина дефектного слоя на
предыдущей ступени обработки;
Δi-1 - величина пространственных отклонений на предыдущей
ступени обработки;
εi - погрешность установки детали в данной ступени обработки.
Результаты
расчета минимальных припусков на обработку торцевых поверхностей
расчетно-аналитическим методом сведены в таблицу 3.5.
Таблица
3.5 − Расчет минимальных припусков на торцевые поверхности
|
Номер торца
|
Маршрут обработки
|
Эл-ты припуска, мкм
|
Расчетный припуск Zmin.р, мм
|
|
|
Rz
|
h
|
D
|
e
|
|
|
1,8,12,19
|
Штамповка
|
100
|
150
|
200
|
-
|
-
|
|
Подрезка торца черновая
|
80
|
100
|
12
|
50
|
0.5
|
|
Подрезка торца получистовая
|
40
|
600
|
10
|
20
|
0.256
|
|
Подрезка торца чистовая
|
20
|
30
|
8
|
10
|
0.202
|
|
7,10,11,18,20,25.
|
Штамповка
|
100
|
150
|
200
|
-
|
-
|
|
Подрезка торца черновая
|
80
|
100
|
12
|
50
|
0.5
|
|
Подрезка торца чистовая
|
20
|
30
|
8
|
10
|
0.46
|
Таблица 3.6 − Расчет размерных цепей
|
Замыкающий р-р
|
Уравнение р-ной цепи
|
Расчетный размер
|
Допуск
|
Опер. размер
|
Предельное значение припуска
|
|
А5=14-0.18
|
А5=S1
|
14
|
0.18
|
14-0.18
|
---
|
|
A3=33-0.21
|
A3=S2
|
33
|
0.21
|
33-0.21
|
---
|
|
A2=29-0.21
|
A2=S3
|
29
|
0.21
|
29-0.21
|
---
|
|
A4=40+0.039
|
A4=S4
|
40
|
0.039
|
40+0.039
|
---
|
|
A1=119±0.043
|
A1=S5
|
119
|
0.086
|
119±0.043
|
---
|
|
Z3min=0.202
|
Z3min=S6min-S5max
|
S6min=S5max+Z3min=119.043+0.202=119.245
|
0.14(10кв.)
|
119.4-0.14
|
Z3=S6-A1=119.4-0.14-119±0.043=0.4-0.183+0.043
|
|
Z14min=0.202
|
Z14min=S9min-S6max
|
S9min=S6max+Z14min=119.4+0.202=119.602
|
0.22(11кв.)
|
119.9-0.22
|
Z14=S9-S6=119.9-0.22-119.4-0.14=0.5-0.22+0.14
|
|
Z11min=0.202
|
Z11min=S1min+Z14min-S7max
|
S7max=S1min+Z14min-Z11min=13.82+0.28-0.202=13.898
|
0.27(13кв.)
|
13.8-0.27
|
Z11=S1+Z14-S7=14-0.18+0.5-0.22+0.14-13.8-0.27= 0.7-0.4+0.41
|
|
Z8min=0.202
|
Z8min=S5max+Z14max-S4min-S8min
|
S8min=S5max+Z14max-S4min-Z8min=119.043+0.64-40-0.202=79.481
|
0.12(10кв.)
|
78.9-0.12
|
Z8=S5+Z14-S4-S8=119±0.043+0.5-0.22+0.14-40+0.039-78.9-0.12=
0.6-0.302+0.303
|
|
Z15min=0.256
|
Z15min=S10min-S9max
|
S10min=S9max+Z15min=119.9+0.256=120.156
|
0.4(12кв.)
|
120.6-0.4
|
Z15=S10-S9=120.6-0.4-119.9-0.22=0.7-0.4+0.22
|
|
Z7min=0.256
|
Z7min=S11min-S8max-Z15max
|
S11min=Z7min+S8max+Z15max=0.256+78.9+0.92 =80.076
|
0.54(13кв.)
|
80.7-0.54
|
Z7=S11-S8-Z15=80.7-0.54-78.9-0.12-0.7-0.4+0.22=
1.1-0.76+0.52
|
|
Z2min=0.256
|
Z2min=S15min-S10max
|
S15min=S10max+Z2min=120.6+0.256=120.856
|
0.63(13кв.)
|
121.5-0.63
|
Z2=S15-S10=121.5-0.63-120.6-0.4=0.9-0.63+0.4
|
|
Z12min=0.256
|
Z12min=S9max+Z2max-S12min-S7min
|
S12min=S9max+Z2max-S7min-Z12min=119.9+1.3-13.53-0.256=107.414
|
0.87(14кв.)
|
105.8-0.87
|
Z12=S9+Z2-S12-S7=119.9-0.22+0.9-0.63+0.4-13.8-0.27-105.8-0.87=1.2-0.85+1.54
|
|
Z10min=0.46
|
Z10min=S13min-S3max-Z14max-Z15max
|
S13min=S3max+Z14max+Z15max+Z10min=29+0.64+0.92+0.46=31.02
|
0.62(14кв.)
|
31.7-0.62
|
Z10=S13-S3-Z14-Z15=31.7-0.62-29-0.2-0.5-0.22+0.14-0.7-0.4+0.22=1.5-0.98+0.83
|
|
Z4min=0.46
|
Z4min=S14min-S2max-Z2max-Z3max
|
S14min=S2max+Z2max+Z3max+Z4min=33+1.3+0.443+0.46=35.203
|
0.62(14кв.)
|
35.9-0.62
|
Z4=S14-S2-Z2-Z3=35.9-0.62-33-0.21-0.9-0.63+0.4-0.4-0.183+0.043=1.6-1.063+1.023
|
|
Z1min=0.5
|
Z1min=S16min-S15max
|
S16min=S15max+Z1min=121.5+0,5=122.0
|
1.0(14кв.)
|
123-1.0
|
Z1=S16-S15=123-1.0-121.50.63=1.5-1.0+0.63
|
|
Z16min=0.5
|
Z16min=H1min-S16max
|
H1min=S16max+Z16min=123+0.5=123.5
|
1.5(16кв.)
|
124-0.5+1.0
|
Z16=H1-S16=124-0.5+1.0-123-1.0=1.0-0.5+2.0
|
|
Z6min=0.5
|
Z6min=S16min-H4max-S11max
|
H4max=S16min-S11max-Z6min=122-80.17-0.5=41.33
|
1.4(16кв.)
|
39-0.4+1.0
|
Z6=S16-H4-S11=123-1.0-39-0.4+1.0-80.7-0.54=3.3-2.0+0.94
|
|
Z5min=0.5
|
Z5min=H3min-S14max-Z1max
|
H3min=S14max+Z1max+Z5min=35.9+2.13+0.5=38.53
|
1.4(16кв.)
|
39-0.4+1.0
|
Z5=H3-S14-Z1=39-0.4+1.0-35.9-0.62-1.5-1.0+0.63=
1.6-1.03+2.62
|
|
Z13min=0.5
|
Z13min=S15min+Z16min-S12max-H5max
|
H5max=S15min+Z16min-S12max-Z13min=120.87+0.5-105.8-0.5=15.07
|
1.4(16кв.)
|
14-0.4+1.0
|
Z13=S15+Z16-S12-H5=12.5-0.63+1.0-0.5+2.0-105.8-0.87-14-0.4+1.0=
2.7-2.13+3.27
|
|
Z9min=0.5
|
Z9min=H2min-S13max-Z16max
|
H2min=S13max+Z16max+Z9min=31.7+3.0+0.5=35.2
|
1.4(16кв.)
|
36-0.4+1.0
|
Z9=H2-S13-Z16=36-0.4+1.0-31.7-0.62-1.0-0.5+2.0=3.3-2.4+2.12
|
.6 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Операция 070 Токарная
Целью расчета есть определение подачи, скорости резания, подбор оборотов
станка и определение мощности резания.
Операция состоит из следующих технологических переходов:
Точить поверхность 22.
Расточить поверхность 16.
Для данной операции выбираем станок 16К20 токарно-винторезный. При выборе
станка принимаем во внимание мощность необходимую для резания и максимальный
диаметр обрабатываемой детали.
Технические характеристики станка:
−Мощность электродвигателя главного привода: 11кВт;
−Частоты вращения шпинделя (12,5-2000 об/мин):
,5; 16; 20; 26; 33; 42; 53; 68; 86; 110; 140; 178; 227; 290; 368; 470;
600; 760; 968; 1200; 1570; 2000.
−Подачи, мм/мин:
,07 0,074 0,084 0,097 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,17 0,195 0,21 0,23 0,26
0,28 0,3 0,34 0,39 0,43 0,47 0,52 и т.д. до 4,16
Выполним расчет режимов резания для каждого перехода операции.
Переход 1. Точить поверхность 22.
Выбираем резец проходной упорный отогнутый ГОСТ 18879-73. Материал
рабочей части − пластины из твердого сплава Т30К4.
Таблица 3.7 − Размеры и геометрические параметры режущей части
резца
|
h, мм
|
b, мм
|
L, мм
|
n, мм
|
l, мм
|
R, мм
|
|
25
|
16
|
140
|
7
|
16
|
1,0
|
Скорость резания определяем по формуле:
где
Т=30 мин − стойкость инструмента, мин;=0,3525 мм − снимаемый при
обработке припуск, мм;
−
подача, округленная до стандартной для станка, мм/об;= KMvKnvKиv=0,5∙0,8∙1,4=0,56
− коэффициент скорости резания;
−
коэффициент обрабатываемости;
Г
=0,5, nv=1 − коэффициенты [табл.2, с.262 [8]];=0,8 − коэффициент,
учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания
[табл.5, с.263 [8]];иv=1,4 − коэффициент, учитывающий влияние
инструментального материала на скорость резания [табл.6, с.263 [2]];
Сv=420;
х=0,15; y=0,2; m=0,2 − коэффициенты [табл.17, с.269 [8]].
Рассчитаем
частоты вращения шпинделя станка и фактическую скорость резания по формулам:
где
nр, nпр − расчетная и принятая скорости вращения шпинделя,
мин-1;наиб=231 мм − максимальный диаметр обрабатываемой поверхности, мм;ф
− фактическая скорость резания, м/мин.
,
Принимаем
nпр=227 мин-1, тогда
Основное
время на выполнение перехода определяется по зависимости
где
L=Lзаг+Lпод=23+0,5=23,5 мм − длина траектории движения инструмента при
обработке, мм;заг=23.5 мм − длина обрабатываемой поверхности, мм;под=0,5
мм − величина подвода инструмента, мм.
Рассчитаем
силу резания и мощность резания
где
Ср=300; х=1,0; y=0,75; n=-0,15 − коэффициенты [табл.22, с.273 [8]].
р=
KMрKφрKγрKλрKrр=1,3∙1=1,3 − поправочный коэффициент;
Мр
=1,3; KφрКγрКλрКrр≈1 − произведение коэффициентов,
учитывающие фактические условия резания [табл.23, с.275 [8]];− мощность
резания, кВт.
Оценим
возможность выполнения перехода на выбранном станке путем сравнения мощности
резания с мощностью привода главного движения:
где
ηст = 0,8 − КПД передачи станка.
Переход
2. Расточить поверхность 16.
Выбираем
резец расточной с углом в плане 60º ГОСТ 18882-73. Материал рабочей части − пластины из твердого
сплава Т15К6. Эскиз инструмента приведен на рис.3.8, геометрические параметры в
таблице 3.8.
Таблица
3.8 − Размеры и геометрические параметры режущей части резца
|
h, мм
|
b, мм
|
L, мм
|
Р, мм
|
n, мм
|
l, мм
|
|
25
|
20
|
240
|
10
|
18
|
Скорость резания определяем по формуле :
где
t=0,223 мм − снимаемый при обработке припуск, мм;
−
подача, округленная до стандартной для станка, мм/об;
=
KMvKnvKиv=0,5∙0,8∙1,0=0,4 − коэффициент скорости резания;
иv=1,0
− коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на
скорость резания [табл.6, с.263 [8]];
Для
растачивания Vпр=0,9Vр=0,9∙141.7=127.5 м/мин.
Рассчитаем
частоты вращения шпинделя станка и фактическую скорость резания :
,
Принимаем
nпр=600 мин-1, тогда
Основное
время на выполнение перехода :
Рассчитаем
силу резания и мощность резания :
Оценим
возможность выполнения перехода на выбранном станке путем сравнения мощности
резания с мощностью привода главного движения:
где
ηст = 0,8 − КПД передачи станка.
Таким
образом, все переходы операции 070 можно выполнить на выбранном
токарно-винторезном станке 16К20.
Операция
080 Фрезерная
Целью
расчета есть определение подачи, скорости резания, подбор оборотов станка и
определение мощности резания.
Операция
состоит из одного технологического перехода
Фрезеровать
поверхность 5.
Для
данной операции выбираем горизонтально-фрезерный консольный станок 6Р82Г. При
выборе станка принималось во внимание мощность, необходимая при резании, и
габариты рабочей зоны станка, а также величины ходов рабочего стола.
Технические
характеристики станка :
−Ряд
частот вращения шпинделя об/мин.:
;
71; 100; 140; 200; 280; 400; 560; 800; 1120; 1600; 2240.
−Ряд
продольных подач стола мм/мин:
.4;
31.5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000.
−Ряд
поперечных подач стола мм/мин:
;
22.4; 31.5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710.
−Ряд
вертикальных подач мм/мин:
;
11.2; 22.4; 31.5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355.
−Мощность
электродвигателя главного привода: 7,5 кВт;
Расчет
режимов резания выполним в следующем порядке:
Тип
фрезы − дисковая пазовая по ГОСТ 3964-69=80 мм, B=8.8 мм, d=22, z=16.
Коэффициент
обрабатываемости и другие коэффициенты, влияющие на скорость резания
=
0,5; Knv = 1,0; Kиv = 1,0.
Скорость резания рассчитаем по формуле
где
Т=120 мин стойкость инструмента [табл.40 с.290 [8]], мин;=11 мм −
снимаемый при обработке припуск, мм;=0,1 мм/зуб подача на зуб фрезы, [табл.34
с.283 [8]], мм/об;
=
KMvKnvKиv=0,5∙1,0∙1,0=0,5 − коэффициент скорости резания;
Сv=68.5;
q=0,25; х=0,3; y=0,2; m=0,2; u=0.1; p=0.1 − вспомогательные коэффициенты
[табл.39, с.286 [8]].
Расчетная
частота вращения шпинделя по формуле :
Принимаем
nпр=100 мин-1, тогда
Расчетное значение минутной подачи
Принимаем
Тогда
фактическая величина подачи на зуб
Главная
составляющая силы резания
где
Ср=68.2; х=0,86; y=0,72; u=1,0; q=0,86; ω=0 − коэффициенты [табл.41, с.291 [3]].
−
поправочный коэффициент.
Эффективная
мощность резания :
Оценим
возможность выполнения перехода на выбранном станке путем сравнения мощности
резания с мощностью привода главного движения:
где
ηст = 0,85 − КПД передачи станка.
Время
операционное
где L=110 мм − длина траектории движения инструмента при
обработке , мм.
Таким
образом, операция может быть выполнена на принятом оборудовании в виду того,
что эффективная мощность резания меньше мощности привода.
ВЫВОД
Перед разработкой технологического процесса изготовления детали - вала-шестерни
была детально проанализирована деталь на вопрос ее технологичности.
Разработка технологического процесса начиналась с составления плана его
этапов, в котором предварительно была намечена последовательность обработки
различных поверхностей.
Последовательность операций обработки детали приняли согласно
предварительно разработанному плану этапов технологического процесса.
При разработке переходов операций были учтены правила теории базирования
в целях получения кондиционных размеров без ужесточения технологических
допусков, точности приспособлений, что в конечном итоге удешевляет производство
и повышает его экономические показатели.
Также были рассчитаны припуски на обработку и операционные размеры
поверхностей вращения и плоских торцевых поверхностей вала нормативным и
расчетно-аналитическим методом. После сравнения результатов были найдены
оптимальные варианты значений припусков.
По результатам расчета припусков на диаметральные поверхности и торцевые
поверхности была спроектирована заготовка.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Брехов А.Ф. Выбор параметров и термодинамический расчет двухконтурных
турборекативных двигателей: учеб. пособие / А.Ф. Брехов, Г.В. Павленко, Е.А.
Поляков. - X.: ХАИ, 1984. - 97 с.
. Буслик Л.Н. Согласование параметров и определение основных размеров
турбин и компрессоров ГТД: учеб. пособие /Л.Н. Буслик, В.И. Коваленко. - X.:
ХАИ, 1996.-51 с.
3. Коваль
В.А. Профилирование лопаток авиационных турбин/ В.А.Коваль.- Х.: „ХАИ”, 1986.-
48 с.
4. Шошин Ю.С. Расчет на прочность рабочей лопатки компрессора или
турбины: учеб. пособие /Ю.С. Шошин. СВ. Епифанов, СЮ. Шарков. - X.: ХАИ,
1993.-32 с.
. Шошин Ю.С. Расчет динамической частоты первой формы колебаний лопатки
компрессора или турбины и построение частотной диаграммы: учеб. Пособие / Ю.С. Шошин,
С.В. Епифанов, С.Ю. Шарков. - X.: ХАИ, 1992.- 23 с.
. Шошин Ю.С. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин: учеб.
пособие /Ю.С Шошин, С.В. Епифанов, Ф.М. Муравченко - X.: ХАИ, 1996.- 28 с.
. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и
расчет деталей: учебник / Г.С. Скубачевский. - М.: Машиностроение, 1981. - 550
с.
. Косилова А.Г. Точность обработки, заготовки и припуски в
машиностроении: Справочник технолога /А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. - М:
Машиностроение, 1976. - 288 с.