Розрахунок насоса. Розрахунок цапфеного вузла розподілу рідини

1.Визначення основних розмірів

Розрахунок основних деталей.

Визначення робочого об’єму насоса.

q_н=1000Q_H/n_нή_о.н.=1000x100/960x0,94=110,82 см³/об, де q_H – робочий об’єм;

Q_H – витрата рідини;

n_н - частота оберта.

Приймаємо об’ємний ККД 0,94.

Приймаємо по ГОСТ 13824-80   q_н=112 см³/об.

Момент на валу насоса                                                                  

M=q(p_H - p_в)/2πή_м.н.=112(10-0)/2хЗ, 14x0,92=193,8 Н*м.

Потужність на валу насоса

N=Mn/9740=  193,8x960/9740=19,1 кВт, де М - момент на валу насоса;

N - потужність на валу насоса.

2. Визначаємо діаметр та хід поршня.

Робочого об’єму насоса.

q =(πd ²/4)hz.

Приймаємо z= 9 - число поршней,   h=2d- хід поршня.   Отримуємо діаметр поршня d= ==1,99 см. Приймаємо по ГОСТ 6540-64 d=20 мм.

З.Визначаємо розміри блока циліндрів

Блок циліндрів необхідно розрахувати на прочність та жорсткість

, де

A=2a+d/d

а- товщина стінки умовної товстостінної труби;

[∆]- допустима деформація труби;

Е - модуль пружності матеріала труби;

Р   - розрахунковий тиск;

Р= 1,4рmax= 1,4х 10=14 МПа;

μ    - коэффіцієнт Пуассона.

Приймаємо матеріал блока циліндрів сталь, а поршней - бронзу.

За умовами прочності   A_min==1,09.

За умовами жорсткості

A_min = =

= 1,18.

Приймаємо А=1,2.

Товщина стінки умовного циліндра за умовами жорсткості a=l/2d(A-l)= 1/2х20(1,2-1)=2 мм.

Визначаємо діаметр вала лише за умовами роботы вала двигуна на кручення. Із розрахунка на деформацію кручення діаметр вала:

d=B₁

де В₁ коэффіціент, який залежить від допустимого кута α закручування вала на довжині.

Приймаємо α=1, тогда В₁=0,52; Мк - момент оберту. d=0,52  =3,45cm=34,5 мм.

За умовами прочності на кручення

d=

де [τ]k- заниженне допустиме напруження при крученні з урахуванням прогибу.

Приймаємо [τ]= 25 МПа.

Тоді

d=  =0,034 м=34 мм.

З урахуванням конструктивних міркувань приймаємо діаметр вала

d=35 мм.

Визначаємо значення, а конструктивно таким, щоб діаметр блока циліндрів був більшим, ніж попередньо розрахований діаметр приводного вала. Приймаємо а= 6мм>а_min=1 мм.

Діаметр  D₆ (рисунок   1)     блока  по  осям   циліндрів   може  бути визначеним з рівняння

l/2(в+a)=D_б /2sinφ/2, де φ- центральний кут між осями двух сусідніх циліндрів;

φ=2 π/z=2x3 ,14/9=0,698рад=40°.

Тоді D_б=в+d/sinφ/2=(7,8+20)/sin20^o=82мм.

Внутрішній діаметр блока D_B=D₆-d-2a= 82-20-2x6=50 мм.

З конструктивних міркувань приймаємо D_B= 40 мм.

Зовнішній діаметр блока D_B=D₆+d+2a=82+20+12=l 14 мм.

З конструктивних міркувань приймаємо D_в= 130 мм.

Знайдемо кут γ та перевіримо значення ходу поршня.

Хід поршня h=4q/πd²z=4xll2/3,14x2²x9=3,9 см=39 мм.

Кут γ=arctg h/D₆= arctg 39/82=25°.

Довжина В блока циліндрів

B=h+(0,8...1)1+в₁+в₂ , де 1-довжина поршня; в₁-технологічний розмір;

в₂- товщина дна.

Приймаємо 1=80 мм.

В= 130 мм - приймаємо з конструктивних міркувань.

Матеріал поршней вибираємо бронзу БрАЖ9-4, блока циліндрів сталь 40Х.

4.     Розрахунок цапфеного вузла розподілу рідини.

4.1.  Швидкість ковзання втулки ротора и швидкість течії робочої рідини в отворах цапфи не повинна перевищувати допустимих значень. Для регульованого насоса V_c<3 м/с.

4.2.  Ротор на розподільній вісі повинен знаходитися в рівнодійному положенні, для чого необхідно виконати гідростатичне навантаження. Діаметри цапфи D та направляючої D_н можуть бути попередньо визначені за емпіричною залежністю

D= k₁ +k₂  = 0,03 +1,4 =16,32          

Приймаємо D=165 мм.

Відстань між вісями отворів у цапфі приймають приблизно 0,19 D, а довжина 1 и зовнішній діаметр D_в втулки цапфи визначаються відношенням 1=1,76 D, в цьому випадку приймаємо довжину з конструктивних міркувань 1=60 мм ; діаметр отворів в цапфі визначаємо за формулою

d = = = 0,0278 м.

Приймаємо на всмоктуванні d=28 мм; на нагнітанні d=24 мм. (рисунок 2).

5.Приблизний розрахунок вала та його опор на прочність.

Розрахунок та вибір підшипника похилого диску. За схемою силового зв’язку похилого диску та товкачей отримуємо, що зусилля Р, яке розвиває поршень, розкладається на нормальне N, яке сприймається підшипником, та радіальне Р_р, яке сприймається направляючою.

Нормальне зусилля на підшипник

N_Σ=F/cosγ(p_н[z+l/2]+p_сл[z-l/2])=3,14xl0-⁴/cos25°(10xl0⁶[9+l/2]+0,5xl0⁶ ×[9-1/2])=16367 Н.

Припускаючи, що насос повинен працювати не менше ніж h=5000 годин, з них h₁=3000 годин при n₁=960 об/хв, h₂=l 000 годин при n₂=500 об/хв і h₃=1000 годин n₃=200 об/хв, приймаючи умовну частоту обертання n_m=960 об/хв, роботу з легкими поштовхами і короткочасними перевантаженнями на 125% розрахункового навантаження (коефіцієнт безпеки к_б=1,2) і температурний коефіцієнт к_т=1, знайдемо еквівалентне навантаження:

N_е=N_Σ k_бk_т   =

=16367x1,2х 1 ×                          =

=17657 Н.

Коефіцієнт працездатності

С= N_е(n_m h)^0,3=17657xl0^-1(960x5000)^0,3 =178357

При цьому максимально допустимий радіус сферичної головки поршня за умов контакту кільця підшипника з сферою буде

r=d₁/2sinγ= d₁/2sin25°=20/2sin25⁰ =18,97 мм

Приймаємо г=20 мм

Контактні напруги в місці контакту сферичної головки штовхача і кільця наполегливого підшипника

σ_кон =0,398  =0,398   = 2836 МПа<3000МПа.

Вибираємо підшипник для похилого диска № 8119 ГОСТ 6874 - 75.

Для розрахунку приймаємо схему навантаження на малюнку 3.

Припускаємо, що на кінець вихідного валу встановлена шестерня, яка створює на валу реактивну силу Р ₂. Сила Р і обумовлена радіальними складовими, які діють з боку нагнітання і зливу.

Приймаючи діаметр початкового кола шестерні d₀=60 мм, а кут α=20 °, визначаємо сили.

Малюнок 4. Схема навантаження валу.

Р₂ =2M/d₀ tgα = 2×193,8/0,06×tg20⁰ = 2351 Н;

Р,=(р _H(z+l/2)+p_c(z-l/2 ) Ftgy = (10xl06⁽9+l/2)+0,5xl0⁶ (9-l/2)x3,14xl0^-4 x tg25°= 7614H.

З конструктивних міркувань і провівши прочертежку, вибираємо: L= 210 мм, 1₂ =160 мм, 1₁ =50 мм, l₃= 70 мм

Реакції

R_A =Р₁ (l₂/L)-P₂(L+l₃/L)= 7614 (160/210)- 2351 (210+70/210)= 2667 Н; R_в= P₁(1₁/L)+P₂ (1₃/L)= 7614 (50/210)+ 2351(70/210)= 2597 Н;

У разі протилежно направленої сили Р₂ реакції

 R_А=Р₁ (1₂/L)+P₂(L+l₃/L)= 7614 (160/210)+ 2351(210+70/210)= 8936 Н; R_в = P₁  (l₁/L)-P2(1₃/L) = 7614(50/210)-2351(70/210)=1029 H.