Расчеты усовершенствованной клапанной группы. Подбор пружины сжатия. Проверочный расчет клапана. Расчет на изгиб тарели клапана

5 РАСЧЕТЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КЛАПАННОЙ

ГРУППЫ

5.1 Подбор пружины сжатия

Рассчитываю винтовую пружину сжатия из проволоки круглого сечения при условии, что силы пружины при предварительной деформации Fl=20 H; при рабочей деформации F2=180 H; рабочий ход пружины h=30мм.

Решение. Изготовление пружины предусматриваем из пружинной стальной проволоки 1-го класса по ГОСТ14963-69. Пологая, что диаметр проволоки пружины равен 8... 10 мм, допускаемое напряжение для проволоки [τ]=56 МПа, что соответствует рекомендации ГОСТ13764-68. Предположим, что сила пружины при максимальной деформации

F₃=l,3F₂=l,3*180=234H.                                                                          (5.1)

Примем индекс пружины исходя из справочных данных с=6. Коэффициент влияния кривизны витков к=1,11.

Определим диаметр проволоки пружины по формуле:

d=l,6*[k*c*(F₃/[ t])^1/2]=l,6*(l,11*6*234/56)=9,6.MM.,                          (5.2)

В соответствии с ГОСТ 14963-69 окончательно принимаем d=10 мм. Следовательно значения кис приняты правильно.

Средний диаметр пружины определим по формуле:

 D=c*d=6* 10=60 мм                                                                               (5.3)

Наружный диаметр пружины определим по формуле:

D_H=D+d=60+10=70 мм..                                                                         (5.4)

Подберем пружину по ГОСТ 14963-69. Ближе всего подходит пружина 1-го класса 3-го класса № 184. Для этой пружины F₃=236 H; d=10 mm; D_H=85 мм.

Уточним средний диаметр пружины по формуле:

D=D_H-d=85-10=75 мм.                                                                           (5.5)

Проверим  выбранную  пружину  по  жесткости  одного  витка  и  по

наибольшему прогибу одного витка имеем:

C₁=10⁴d/c=10⁴*10/6=57 Н/мм, что приемлемо.                                     (5.6)

Жесткость пружины определим по формуле:

С=(F₂-F₁)/h=(180-20)/30=6.                                                                     (5.7)

Число рабочих витков пружины определим следующим образом: n=С₁/С=57/6=9,                                                                                        (5.8)

Максимальная деформация пружины определим по формуле: λ₃=F₃/C=236/6=37 мм,                                                                              (5.9)

тогда λ ^/₃= F₃/ n=3 7/9=4,1 мм. Определим полное число витков:

n₁=n+n₂=9+2=ll,                                                                                      (5.10)

Шаг пружины исходя из полученных данных можно посчитать по

формуле:

t=λ ^/₃+d=4,l+10=14мм.,                                                                            (5.11)

Высота пружины в свободном состоянии определится:

L_O=L₃+ λ₃=100+37=137 мм.                                                                   (5.12)

где L₃=(n₁+l-n₃)*d=(l 1+1-2)* 10=100 мм,

где n₃=2, число зашлифованных витков.

Найдем длину развернутой пружины в свободном состоянии:

L=3,2Dn₁=3,2*85*11=2992 мм.                                                              (5.13)

5.2 Проверочный расчет клапана

Исходные данные для расчета клапана при длине хода поршня насоса         s=2 г=0.45 м, диаметр поршня D=0.2 м, число двойных ходов поршня n=55 в мин, диаметр тарелки клапана d_K=0.19 м, диаметр отверстия в седле клапана d_c=0.160 м, угол конуса α_к=45 , вес клапана G_K=9,56 кг, средний диаметр пружины dnp=0,075 м, диаметр пружинной проволоки d_ПП=0,010 м, число рабочих витков z=9, высота пружины в свободном состоянии 0,137 м, начальное сжатие  λ₀=0,037 м, усилие пружины при закрытом клапане 20 Н, при открытом 234 Н. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна r/1_ш=0,225. На рисунке 5.1 показана расчетная схема клапана.

Рисунок 5.1 - Расчетная схема клапана

Результаты расчета клапанного узла будут сведены в таблицу 10.4 и приведены ниже. Расчет произведем по методике В. И. Зайцева и И. А. Чарного.

Таблица 5.1 – Результаты  расчета

Расчетные формулы	Результаты расчетов
1 Площадь седлаклапана fc=πdc2/4,	fc=3,14*(0,160)2/4=0,0180 м2.
2 Площадь     тарели      клапана fk=πdk2/4,	fk=3,14*(0,190)2/4=0,0290 м2, у=1200 кгс/м3.
3 Скорость жидкос- ти в щели клапана VЩ=√2gHК, где HK=G+PП/γfk	VЩ=√2 * 9,81 * 3,8 =8,6 м/с, Нк=[9,56*085+(127/1200)*0,0290]=3,8м.
4 Среднее усилие пружины Рп=Р,+Р3/2,	Рп=20+234/2=127 Н.
5 Высоту подъема клапана определяем по формуле hK=Asinωt-ABcosωt A=Frω/μkπdk Vщ, B=fktnr/μkπdK Vщ, F=πDп2/4, r=s/2, ω=πn/30	hk=0,01*l*5,75-0.01*0,065*0*5,75=0,0575. А=0,031*0,225*5,75/(0,68*3,14*0,190*8,6)=0,01 В=0,0209*5,75*0,225/(3,14*0,190*8,6)=0,065. F=3,14*(0,02)2/4=0,0314 м2. г=0,450/2=0,225 м. ω=(3,14*55)/ЗО=5,75 с'1.

Расчет значений h_k при различных углах поворота кривошипа сведен в таблице.

Таблица  10.2  - Расчет высоты подъема клапана при различных углах       

поворота кривошипа

φ=ωt	0	30	60	90	120
Asinωt         ABcosωt hk	0 0,00082 0,00082	0,00675        -0,0007 -0,0064	0,0117 -0,0004 0,0113	0,0136 0 0,0135	0,0127 0,0004 0,0121

Сотря кривую подъема клапана при 183 об/мин на рисунке 5.2. Максимальный подъем клапана h_max=20,4 мм отвечает условию nh_max=800, так как