Инжектор колтюбинговой установки. Анализ условий и режима эксплуатации инжектора колтюбинговой установки, страница 8

Допускаемое напряжение на кручение принимаем исходя из запаса прочности, который берется из интервала (1,8…2,2) напряжения на растяжение, равного:

МПа,                                                                                    

где  - временное сопротивление разрыву. Материалом для вала служит сталь 40ХН, для неё =95 МПа;

п - запас прочности (п=2).

Допускаемое напряжение на кручение определим по формуле:

                                                                        

Максимальный крутящий момент определяется по формуле:                                                                                                                                                                                           

          n - скорость вращения вала (п=2850 об/мин).

По диаметру d_ВН подбираем размер стандартного шлицевого соединения d_ВН=74 мм, d_Н=79,5 мм по ГОСТ 1139-58. Следовательно принимаем диаметр равный 79,5 мм.

Помимо крутящего момента вал воспринимает различные нагрузки, зависящие от несоосности валов инжектора, обозначим её как Р₁ и несоосности изготовления шлиц, обозначим ее как Р₂.

Нагрузку Р₁ принимаем равной 100 Н, а нагрузку – Р₂ определим по формуле (2.18):

Н                                                    

где  - окружное усилие на среднем диаметре шлиц, Н.

Окружное усилие  определим по формуле:

 Н                                                         

где  - максимальный крутящий момент ;

- средний диаметр шлиц, м.

Средний диаметр шлиц определим по формуле:

 м.                                                      

Суммарную радиальную нагрузку определим по формуле:

 Н                                                                       

Наиболее нагруженным участком вала является сечение вала у его шлицевого конца, в месте проточки паз опорное кольцо.

Определим максимальный изгибающий момент:

                                                   

где  - радиальные нагрузки, Н;

а - расстояние до середины канавки паз опорное кольцо, а =0,168 м.

По определенному изгибающему моменту определяем напряжение изгиба в опасном сечении по формуле:

 Па                                                                

где М_ИЗГ - максимальный изгибающий момент (М_ИЗГ =3501,1 );

W_ИЗГ - момент сопротивления при изгибе, м³.

Момент сопротивления при изгибе W_ИЗГ определяется по формуле

                       

где d_ВН - внутренний диаметр шлиц (d_ВН =0,0178 м);

b - ширина шлиц (b =0,004 м);

t - высота шлиц (t=0,004 м).

По определенному крутящему моменту определяем напряжение кручения в опасном сечении

Па,                                                                  

где М_КР - максимальный крутящий момент на валу (М_КР=1032 );

W_КР - момент сопротивления при кручении, м³.

Определим W_КР по формуле:

  (2.26)

Эквивалентное напряжение определяется по теории предельно напряженного состояния:

МПа,                                                          

где  - напряжение изгиба (=3,5 Мпа);

τ - напряжение кручения(τ =20,5 Мпа).

По величине  и пределу текучести материала вала определим запас прочности:

                                                                                                     

где σ_Т - предел текучести, МПа; для стали 40ХН σ_Т =95 МПа.

Подставляя все найденные значения в формулу  определяем п

                                                                                       

Запас прочности для стали 40ХН ГОСТ 4543-71 достаточный.

7.2   Расчет оси плашек инжектора на прочность

         Материал Ст. 40ХН, предел текучести после термообработки σ_т=85 МПа.

Ось плашек рассматриваем как балку на двух опорах, нагруженными силами

сосредоточенными силами от действия подшипников.

        Находим R_a реакцию опоры А: