1.2 Расчет деталей запорных устройств арматуры на прочность

Наибольшее распространение в качестве запорного устройства получили задвижки с выдвижным шпинделем, при расчете которых на прочность опреде­ляют осевое усилие и крутящий момент на шпинделе.

Наибольшее осевое усилие на шпинделе возникает в момент закрытия за­движки, когда на клин со стороны входа среды действуют следующие силы (см. рис. 3):

Рисунок 3. - Схема действующих сил на клин задвижки сила гидростатического давления среды

(12)

где р - условное давление, МПа;

Дв - внутренний диаметр уплотнительного кольца, мм;

В - ширина уплотнительного кольца, мм;

сила реакции уплотнительнои поверхности корпуса со стороны входа среды

(13)

где q - удельная нагрузка обеспечивающая герметичность уплотнения, q=(0,25...0,50)р,МПа.

Суммарное осевое усилие, сжимающее шпиндель, определяется:

Q = Q_K+Qc+Qo , (14)

где Q_K - усилие, необходимое приложить к оси шпинделя для преодоления сил, действующих на клин, Н; (для α=5° и f=0.15)

Q_K = 0.32P + 0,47 N₁ - G , (15)

G - усилие от массы клина со шпинделем, Н;

Q_c - усилие на шпинделе, необходимое для преодоления трения в саль­никах, Н;

, (16)

где d_ш - диаметр шпинделя, мм;

h - высота сальника, мм;

f- коэффициент трения, =0,1;

Q₀ - усилие на шпинделе от внутреннего давления на торец шпинделя, Н;

(17)

Момент трения, возникающий в резьбе определяется

М₁ =Q r_c tg(α₁ +φ) , (18)

где r_c - средний радиус резьбы, мм;

α₁ - угол подъема нарезки, град;

φ - угол трения, =6°.

Шпиндель рассчитывают на сжатие от действия осевого усилия и на кру­чение под действием момента трения и сравнивают полученные напряжения с допускаемыми

Крутящий момент, необходимый чтобы приложить к маховику для за­крытия задвижки, складывается из момента трения в резьбе M₁ и момента тре­ния в подшипнике втулки шпинделя M₂:

, (19)

, (20)

где - средний радиус опорного заплечника втулки или радиус до центра шариков подшипника, , мм;

f- коэффициент трения (f=0,1.. .0,15 - для опоры скольжения; f=0,01...0,02 - для опоры качения).

С учетом данного крутящего момента шпиндель проверяют на продоль­ный изгиб при закрытом положении задвижки.

Задача 2. Рассчитать шпиндель задвижки на прочность: опреде

лить напряжения сжатия и кручения и проверить на продольный изгиб. Исходные данные по вариантам представлены в таблице 2 (общие исходные данные)

Таблица 2. - Расчет шпинделя задвижки

№ вар	Р, МПа	мм	Дв, мм	h, мм	, мм	мм	Материал шпинделя, сталь
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2.0	60	56	2,0	16,0	7,5	Ст2
2	2.5	61	56	2,2	16,2	7,6	СтЗ
3	3.0	62	56	2,4	16,4	7,7	Ст4
4	3.5	62	57	2,6	16,6	7,8	Ст5
5	4,0	63	57	2,8	16,8	7,9	Стб
6	4.5 64	64	57	3,0	17,0	8,0	08
7	5,0	64	58	3,2	17,2	8,1	10
8	5,5	65	58	3,4	17,4	8,2	15
9	6.0	66	58	3,6	17,6	8,3	20
10	6,5	66	59	3,8	17,8	8,4	25
11	7.0	66	60	4,0	18,0	8,5	30
12	7.5	66	61	3,9	18,2	8,6	35
13	8.0	66	62	3,7	18,4	8,7	40
14	8.5	67	62	3,5	18,6	8,8	45
15	9.0	68	62	3,3	18,8	8,9	50
16	9.5	67	63	3,1	19,0	9,0	55
17	10	68	63	2,9	19,2	9,1	58
18 68	10.5	68	64	2,7	19,4	9,2	660
19	11.0	69	64	2,5	19,6	9,3	30Х
20	11.5	70	64	2,3	19,8	9,4	35Х
21	12.0	71	64	2,1	20,0	9,5	38ХА
22	12,5	72	64	4,1	20,2	9,6	40Х
23	13,0	72	65	4,2	20,4	9,7	45Х
24	13,5	76	66	4,3	20,6	9,8	50Х
25	14,0	77	66	4,4	20,8	9,9	15Х