ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Авиационный факультет
Кафедра Ракетные двигатели
Курсовой проект
по дисциплине «Основы конструирования ракетных двигателей»
Тема: «Проектирование турбонасосного агрегата ЖРД»
Выполнил: студент гр. РД-091___________________________Пономарев С.В.
Принял:_________________________________________________Иванов А.В.
Защищена__________________ Оценка____________________
Воронеж 2012
Введение
Основным агрегатом насосной подачи компонентов является турбонасосный агрегат (ТНА) Главными элементами ТНА являются насосы, подающие компоненты с заданным давлением, и турбина, рабочим телом которой является газ, вырабатываемый в газогенераторе. Проектирование ТНА заключает расчет и конструкторскую разработку этих элементов, а также ряда вспомогательных узлов и устройств (опоры валов, узлы уплотнений и пр.) и их общую компоновку и определение характеристик совместной работы.
1 Описание конструкции
Насос и турбина ТНА имеют рабочие колеса с консольным расположением. Применено осевой подводящее устройство, а отвод представляет собой кольцевой лопаточный направляющий аппарат (для насоса) и радиальное подводящее устройство (для турбины). Применены подшипники легкой серии.
2 Выбор материалов
В качестве материала выбираем сплав ХН58МБЮД. Данный материал используется для изготовления высоко нагруженных штампосварных конструкций, работающих в интервале температур от 20 до 1023 К .
Материал ХН58МБЮД имеет следующие характеристики при Т=1073 К:
:
σВ = 600 МПа; σ0,2 = 400 МПа;
Физические свойства.
Плотность - 8,26-103 кг/м3
Модуль упругости при 293 К - 20,6-104 МПа
3 Расчет вала на кручение
Крутящий момент
от диска газовой турбины к рабочим
колёсам насосов на каждом участке вала
зависит от значений передаваемой
мощности
и угловой скорости
:
Рассчитаем напряжение кручения:
где
допустимое
напряжение кручения;
где
коэффициент
запаса прочности.
Примем
Определим выходные участки валов из расчета на кручение при пониженных допускаемых напряжениях.
4 Выбор опоры ротора
Исходя из диаметра вала под подшипник, выбираем подшипник (ГОСТ 8338 – 75):
подшипники легкой серии:
подшипник радиальный
204:
подшипник радиально-упорный 204:
считаем быстроходность подшипников:
5 Выбор и расчет шлицевого соединения
К достоинствам шлицевых соединений относят большую несущую способность и большую усталостную прочность вала, лучшее центрирование втулки на валу.
Из таблицы шлицевых
соединение по СТ СЭВ 259-88 выбираем диаметр
шлицевого соединения
,модуль
зубьев
и
их количество
.
Диаметр вала под шлицы:
Делительная окружность:
где
- модуль;
- число зубьев
шлицевого соединения;
Наружный диаметр наружного шлица плоской формы:
Внутренний диаметр наружного шлица для плоской формы дна
Внутренний диаметр внутреннего шлица:
Наружный диаметр внутреннего шлица для круглой формы дна:
Высота зуба шлица:
Рассчитаем шлицы на смятие:
где z = 20 – число шлицев (зубьев);
h = 0,9 мм – высота поверхности контакта зубьев;
=0,65…0,8
– коэффициент,
учитывающий неравномерность распределения
нагрузки по зубьям. Примем
= 0,8;
[σ]СМ = 400 МПа опускаемое напряжение смятия для шлицевых соединений.
-длина
шлицевого соединения.
Примем длину шлица lш = 10 мм.
Расчет шлицевых соединений на срез:
Па
Допустимые значения напряжения среза:
Па
Сравним полученное значение напряжений среза с
допустимым:
определим коэффициент запаса прочности шлицев на срез:
6.Расчет разрушающих частот вращения рабочих колес насоса и турбины.
Разрушающая частота вращения диска рабочего колеса
осевой турбины:
Запас прочности по разрушающим оборотам :
Разрушающая частота вращения рабочего колеса насоса определяется:
Где h – суммарная ширина основного и покрывного дисков на радиусе R, м;
z – число лопаток;
δср – средняя толщина лопатки на радиусе R. м;
b – ширина лопатки на радиусе R, м
Запас прочности по разрушающим оборотам :
