Определение осевого усилия и крутящего момента на шпинделе

Наибольшее осевое усилие на шпинделе возникает в момент закрытия задвижки, когда на клин со стороны входа среды действуют следующие силы (рис.2.4):

· сила гидростатического давления среды

, (1)

где р – условное давление; D_в – внутренний диаметр уплотнительного кольца; b – ширина уплотнительного кольца;

· сила реакции N₁ уплотнительной поверхности корпуса со стороны входа среды, которую рассчитывают удельной нагрузке , обеспечивающей герметичность на уплотнительной поверхности

, (2)

где D_н – наружный диаметр уплотнительного кольца;

· сила трения , (3)

где f – коэффициент трения на уплотнительной поверхности (f=0,15).

Рисунок 11 - Схема сил, действующих на клин задвижки

В момент закрытия клин прижимается к уплотнительной поверхности со стороны входа среды под действием сил Р, N1, F1 и на уплотнительной поверхности со стороны выхода среды возникают реакция N2 и сила трения , действующие на клин. На клин также действуют сила давления шпинделя Q и сила тяжести G, направленные по оси у-у.

Из условия равенства нулю суммы проекций на ось всех сил, действующих на клин, можно определить силу N₂.

(4)

. (5)

Принимают α=5⁰, поэтому, учитывая малую величину sinα, полагают

. (6)

Усилие Q_к, которое нужно приложить к оси шпинделя для преодоления сил, действующих на клин определяют из условия равенства нулю суммы проекций на ось у-у всех сил, действующих на на клин:

. (7)

Используя равенства (2.11) и (2.14) и учитывая, что из (2.15), получаем

(8)

или при α =5⁰ и ƒ=0,15

(9)

Усилие на шпинделе, необходимое для преодоления трения в

сальниках, равно

, (10)

где d_ш – диаметр шпинделя; h - высота сальника; ƒ=0,1 - коэффициент

трения.

Усилие на шпинделе от внутреннего давления на торец шпинделя

. (11)

Следовательно, суммарное осевое усилие, сжимающее шпиндель,

. (12)

Момент трения, возникающий в резьбе,

, (13)

где r_c – средний радиус резьбы; α₁ -угол подъема нарезки; φ =6⁰ - угол

трения.

Шпиндель рассчитывают на сжатие и кручение под действием силы и крутящего момента, а также проверяют на продольный изгиб при закрытом положении задвижки.

Определение момента на маховике. Крутящий момент, который необходимо приложить к маховику, чтобы закрыть задвижку, складывается из момента трения в резьбе и момента трения в подшипнике втулки шпинделя.

. (14)

Момент трения подшипника втулки

, (15)

где R_с - средний радиус опорного заплечика втулки или радиус до центра шариков подшипника; ƒ - коэффициент трения (ƒ = 0,1 – 0,15 для поры скольжения и ƒ = 0,01 для опоры качения).

Проверка уплотнительного кольца на давление смятия. Уплотнительные кольца клина и корпуса рассчитывают на удельное давление от силы реакции N₂, так как наибольшая сила прижатия на уплотнительных поверхностях возникает со стороны выхода среды. Давление на уплотнительных поверхностях

, (16)

где D_в и D_н - внутренний и наружный диаметры уплотнительного кольца.

Для колец из коррозионностойкой стали удельное давление не должно превышать 40 - 60 МПа, для колец из бронзы – 16 МПа, для колец наплавленных твердым сплавом – 60 МПа.

Поиск по сайту: