Projekt elementów zaworu regulacyjno-zaporowego

Cel: Dla zadanych parametrów, zaprojektować wskazane elementy zaworu regulacyjno-zaporowego.

Dane:

Ciśnienie medium: 16MPa

Medium- woda zimna:

Średnica przewodu: Dn=100mm

Masa: 50 kg

1. Kadłuba zaworu:

Do wykonania kadłuba wykorzystałem materiał : Brąz cynowo - fosforowy CuSn12-C

kg=260MPa- naprężenie krytyczne

a - wielka oś półprzekroju

b - mała oś półprzekroju

Współczynnik poprawkowy:

Grubość części walcowych kadłuba:

Za naddatek uwzględniający tolerancję wykonania, zużycie i korozję przyjąłem c=6mm.

grubość ścianki kadłuba g = 9 mm

Kołnierz kadłuba:

uszczelka: falowany pierścień metalowy

materiał: ze stali miękkiej

q'_wym- wymagany nacisk jednostkowy na uszczelkę (warunek szczelności połączenia)

2.Grzybek:

Do wykonania kadłuba wykorzystałem materiał : Brąz cynowo - fosforowy CuSn12-C

kg=260MPa- naprężenie krytyczne

Siła pochodząca od nacisku na powierzchniach uszczelniających, obciążająca grzybek:

a= 9,49 MPa·

b= 5 mm

c=3,16

pn=po=16MPa

Wartości współczynników a,c dobrałem zgodnie z tabela 8.8 która znajduje się w książce E. Mazanek „Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn”

Średnicę zewnętrzną uszczelnienia Dz=110mm

Średnicę wewnętrzną uszczelnienia Dw=100mm

Siła pochodząca od nacisku na powierzchniach uszczelniających, obciążająca grzybek:

Siła pochodząca od nacisku czynnika

Nacisk wrzeciona na grzybek wynosi:

Pw=Pu+Pn=44509+125600=170109N

Moment gnący grzybka

3.Wrzeciono

Do wykonania wrzeciona wykorzystałem materiał : stal C55

Przyjmuję:

Długość wrzeciona: l=220mm

Współczynnik bezpieczeństwa: x_w=1.5

Siła ściskająca wrzeciono : Pw=Pu+Pn=44509+125600=170109N

Moduł Younga: E=2,06·10⁵

Średnica wrzeciona:

Do obliczeń przyjmuje: d = 33 mm

Smukłość wrzeciona:

Korzystając ze wzoru Tetmajera sprawdzam wrzeciono na wyboczenie niesprężyste :

dla stali C55 wzór ten ma postać:

Naprężenia ściskające we wrzecionie wynoszą:

Współczynnik bezpieczeństwa ma wartość:

4.Nakrętka

siła ściskająca wrzeciono: P_w=170109N

średnica wrzeciona: d=33mm

Na podstawie tabeli 5.3 PN-ISO 2902.1996 dobieram gwint wrzeciona

Średnica gwintu -d_wrz-Tr 36x4

Średnica mniejszego otworu w nakrętce-D₁-33mm

Skok gwintu-Ph-4

Krotność gwintu-z-1

Na podstawie tab. 5.6 przyjmuje wartość naciskow dopuszczalnych dla połączeń gwintowych

P_dop-11

Wysokość nakrętki:

Przyjmuje H=38

Obliczam sprawność mechaniczna śruby oraz samohamowność

γ - kąt nachylenia linii śrubowej

φ - pozorny kąt natarcia między śruba a nakrętką

α = 30° - kąt zarysu gwintu B60° dla metrycznych, 30° dla trapezowych)

dzwrz = 33 mm - średnica podziałowa gwintu Tr 36x4 wg. PN-ISO 2902:1996 (Tab 5.3 [1])

przyjmuje 0,16-wspołczynnik tarcia miedzy wrzecionem a nakrętką

Warunek samohamowności:

γ<φ

2,3<9,24

Sprawności mechanizmu śrubowego:

5.Dławik

Wymagany nacisk dławika na szczeliwo ph w zależności od ciśnienia nominalnego pn wg. Tab 8.10 [1]

P_n=16Mpa => p_d=2,2*p_n=35MPa

D_3wrz- 33 - średnica rdzenia wrzeciona

d_wrz-36 - średnica gwintu wrzeciona

Na podstawie d_wrz-36 dobieram średnicę komory dławiącej dk wg. Normy BN-75/5211-05

(Tab. 8.11 [1])

D_k = 48

Pd - siła docisku dławika

Dławik obliczamy wytrzymałościowo wg wzorów na przekrój I,II , przy czym przyjmujemy:

Rozstaw śrub dociskających dławik: a_d=66 mm

Całkowita wysokość dławika: h = 48mm

Wysokość dławika pomniejszona o grubość kołnierza dławika:
= 36 mm

Szerokość kołnierza w przekroju I: b= 42 mm

Przekrój I:

Przekrój II

6.Kółko

Przyjmuję kółko ręczne 320x17 wg. BN-80/5211-09

Moment tarcia gwintu w nakrętce:

d_zwrz =33-średnica gwintu Tr 36x4

Pw - siła naciskająca wrzeciona: 170109N

γ - kąt nachylenia linii śrubowej: 9⁰2`

φ` - pozorny kąt natarcia między śruba a nakrętką:2<sup>0</sup>3`

Ms=0,5*d_zwrz*tg(γ+φ`)=0,5*170109*tg(9<sup>0</sup>2+2<sup>0</sup>3`)=11010 N*mm

Moment tarcia w dławiku:

0,2-wspołczynnik tarcia w dławiku

Tk- 28mm- wysokość komory dławiącej

Pd = 2,2* pn = 2,2*16MPa=35MPa

Dwrz-28mm średnica gwintu wrzeciona

Md=0,4*π*dwrz²*tk* * =0,4*π*36²*36*0,2*35=39019

Moment obrotowy jaki należy przyłożyć do kółka:

Mk=Ms+Md=11010+39019=50029

7. Jarzmo:

Przyjmuje ze jarzmo ma ramiona wygięta a jego wymiary są następujące:

a_s=68mm, dz=52mm, dw=40mm, H=38mm, ha=33, Ra=38, r=20, a=20

Pw - siła naciskająca wrzeciona: 170109N

Kat φ_III Wynosi:

Moment gnący dla przekroju I liczymy ze wzoru:


a w przekrojach III i II odpowiednio ze wzoru:

Pole powierzchni przekroju ramienia oraz wskaźnik wytrzymałości na zginanie wynoszą:

Naprężenia gnące wyznaczamy z kryterium:

Wskaźnik wytrzymałości w przekroju II wynosi:

Naprężenia gnące w przekroju II:

---