Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные подходы к расчету и конструированию РТИ и пресс-форм. Учебное пособие
.pdf
Следует учесть, что даже в однородном резинотекстильном каркасе, как в любой системе с нестрого одинаковыми механическими свойствами, могут обнаружиться слабые участки,
приводящие к снижению средней прочности слоев. Отсюда возможна поправка:
C2’’ = 1 - А1 (i - 1) (3.8)
Поправка С4 состоит из трех сомножителей, отражающих
влияние:
1) неодновременности разрыва параллельно лежащих ни-
тей - C4’:
С4’ = 1 - A2 (n - 1) ρ (3.9)
где n - число нитей в шпуле, ρ
- число потоков в раппорте пле-
тения. Для обычных двухпрядных плетений ρ = 2.
2) вида переплетения нитей - C4’’ (несколько выше еди-
ницы);
3) технологических процессов резинового производства
(вытяжка, склеивание, вулканизация) - C4’’’
В зависимости от типа каркаса рукава изменяются величины поправочных коэффициентов, что находит отражение в
конечных формулах для расчета прочности рукава:
Рукав прокладочной конструкции
Pb = (F
⋅ Kb ⋅ i ⋅ C
1
) / ( d2k C
2
12 C1tC3
) (3.10)
откуда после подстановки всех численных значений можно по-
лучить:
Pb = 2,45 (K
⋅ i ⋅ C
b
) / ( d2k C3 ) (3.11)
2
Рукав оплеточной конструкции:
= (F
P
b
⋅n⋅N⋅Kb’⋅i⋅C2 ⋅C4) / (2 π d
1
где n – число нитей в потоке;⋅N
2
2k
Cos α
b C13 C1tC32
) (3.12)
– число потоков нитей;⋅K
’ –
b
прочность одиночной нити. Тогда после подстановки получаем:
81
P
= (0,735⋅n⋅N⋅Kb’⋅i⋅C2 ⋅C
b
) / ( d
4
2k
Рукав обмоточной конструкции:
2
2
C
) (3.13)
3
Pb = (F
1⋅mk⋅Kb
’⋅i⋅C2 ⋅C
) / (d2k C
4
12 C1tC3
) (3.14)
откуда
P
= (2,667⋅mk⋅Kb’⋅i⋅C2 ⋅C
b
) / (d2k C
4
) (3.15)
3
Величины прочности материалов каркаса рукавов раз-
личной конструкции, а также поправочных коэффициентов
можно найти в справочных данных.
Кроме действия внутреннего давления, рукава в процессе
эксплуатации подвергаются действию статического растяжения
и изгиба.
При одновременном воздействии внутреннего давления и
осевой силы величина деформации рукава определяется из уравнения:
= Cos α / Cos α
ε
- 1 (3.16)
o
где αo - равновесный угол наложения силовых элементов каркаса; α - угол расположения силовых элементов каркаса под нагрузкой. Угол α можно вычислить из соотношения осевой нагрузки Q и осевой составляющей внутреннего давления Q1 :
2
tg
α = 2Q
/ (Q + Q1) (3.17)
1
Величина Q1 определяется из зависимости
Q
= π d
1
2 P / 4 (3.18)
1k
Формулу для расчета прочности рукава под действием
осевой нагрузки можно вывести из условия равновесия сил в
рукаве:
P • dt = K • m • Sin α; (3.19)
Q + Q
= 2K • m • Cos α; (3.20)
1
82
где М – количество силовых элементов в каркасе рукава; К – их
прочность (совпадает с величиной Кb’).
Тогда
P
= 4K • m • Sin2 α / (π • d
1
2
• Cos α) =
1k
= 2 (Q + Q1) tg
2
α / (π • d
2) = 4Q
1k
/ (π • d
1
2) ( 3.21)
1k
Снижение прочности рукава ∆P в результате одновременного воздействия внутреннего давления и осевой нагрузки
равно
∆
P = (P - P1) • 100 % / P. (3.22)
Сопротивление изгибу рукава зависит от сопротивления
изгибу стенок рукава и слоев силового каркаса (в случае наличия
в каркасе дополнительного металлического силового слоя, как у
напорных рукавов высокого давления). Поэтому минимально
допустимый радиус изгиба рукава:
= [ (Тк + Т
R
min
где Тк - толщина резиновой камеры; Т
летки; К
зиной; Т
з.п.
- толщина металлической оплетки; D и Dвн - наруж-
м.о
н.о.
) / (К
з.п.
•
Т
) + D / Dвн ] • Dвн • К2, (3.23)
м.о.
- толщина нитяной оп-
н.о
- коэффициент заполнения проволочной оплетки ре-
ный и внутренний диаметры рукава; К2 - коэффициент, учитывающий влияние количества металлических оплеток на сопротивление рукава изгибу. Для рукавов с одной металлической
оплеткой К2 = 1, для двухоплеточных рукавов
К
= (К
2
з.п.1
+ К
з.п.2
) / К
.. (3.24)
з.п.2
Коэффициенты заполнения резиной металлических оплеток
принимаются равными: К
= 0,67; К
з.п.1
з.п.2
= 0,59.
При изгибе рукавов происходит снижение их прочности
вследствие дополнительного нагружения каркаса, которое характеризуется коэффициентом
ψ
= Риз / Р
83
пр
:
ψ
=
2 1
( )
f
+ ⋅
f
3 2
2 1
+
f
+
f
(3.25)
2 4 5
,
где Риз и Рпр - прочность соответственно изогнутого и прямого
рукава; f = R / r; R - радиус изгиба рукава (принимается равным
рассчитанному R
); r – наружный радиус рукава.
min
В ГОСТ на рукава рекомендован минимальный радиус
допустимого изгиба, обычно оцениваемый эмпирически. Изгибоустойчивость рукавов в основном зависит от правильности и
устойчивости круговой формы их поперечного сечения. Наиболее изгибоустойчивы всасывающие и напорно-всасывающие
рукава со стальными спиралями. В случае напорных рукавов чем
меньше радиус изгиба, тем меньше и гидравлическое давление,
разрушающее рукав. Поэтому разрушение объясняется дополнительным нагружением оплетки, изгибом рукава и уменьшением
прочности изогнутого рукава по сравнению с прямым.
Всасывающие рукава
Работают при внутреннем давлении ниже атмосферного,
поэтому нет необходимости создавать многослойный текстильный каркас. Во избежание сплющивания рукава внешним давлением в его конструкции предусмотрена армирующая спираль из
высокомодульного материала, чаще всего из оцинкованной
стальной проволоки или достаточно прочной пластмассы
(ПВХ). Такая спираль, с углами наложения (угол подъема винтовой линии к направлению диаметра в сечении рукава) до 10
о
имеет модуль продольной упругости на 4 порядка больше, чем
модуль упругости резины, и является основным несущим нагрузку элементом конструкции [11].
,
84
Число спиралей и их местоположение зависят от назначения рукава и предъявляемых к нему требований. Обычно спираль закрыта, и рукав состоит из внутренней резиновой камеры,
одной или нескольких тканевых прокладок, проволочной спирали, промежуточного резинового слоя, одной или нескольких
наружных тканевых прокладок. Иногда (например, для рукавов,
работающих в среде кислот и щелочей) накладывают дополнительный наружный резиновый слой.
Когда в рукаве создается вакуум, на него действует равномерно распределенная внешняя нагрузка. Принимают, что
сопротивление рукава сжатию определяется лишь радиальной
жесткостью стальной проволочной спирали. Расчет основан на
исследовании деформации спирали, сжимаемой между двумя
параллельными упругими плоскостями (рис.6.2), и одиночного
витка такой спирали. При большом числе витков каждый срединный виток будет нагружен одинаково силой Р = Р
/ n (n -
об
число витков); каждый концевой виток воспринимает усилие
Р/2. Следовательно, при одной и той же величине Р прогиб се-
рединного витка примерно в 5 раз больше, чем для концевых
витков; поэтому расчет ведут для серединного витка.
Для расчета прогиба любого серединного витка спирали
принимают допущения: постоянство геометрических размеров
спирали и механических свойств во всех ее витках, постоянство
положения опорных точек и параллельность сжимающих плоскостей (рис.3.2). При этом прогиб любого витка стальной проволоки круглого сечения рассчитывают по уравнению:
δ
= Р r
4
d
(3.26)
пр
3
[(3,04 + 16,7 tg
с
2
α
+ 13,2 tg
4
α
) . (1 + tg
2
0,5
α
)
] . E
где Р - нагрузка на 1 виток; n = l / t; l - длина спирали, t - шаг
спирали, r
- радиус витка спирали, Е - модуль продольной упру-
c
гости проволоки (Е = 18 МН/см2), dпр - диаметр проволоки; α угол подъема винтовой линии.
85
Р Р
2r
Рис. 3.2. К прочностному расчету всасывающего рукава
δ, мм
δ′ А Б
При одной и той же величине Р прогиб серединного витка примерно в 5 раз
больше, чем для концевых
витков; поэтому расчет ведут
Р
для серединного витка. Он
сводится к расчету такого
диаметра проволоки, кото-
Рис. 3.3. Прогиб всасывающего
рукава при нарастании внешней
нагрузки
рый бы обеспечивал прогиб
δ
, при котором не происходит необратимого смятия
рукава. Из рис. 6.3 следует,
что величина прогиба должна быть меньше δ’.
При возрастании нагрузки Р прогиб плавно возрастает до
точки А; на участке АВ за счет накопления необратимых деформаций происходит переход круглой формы рукава в овальную.
Задача 5
. Рассчитать разрывное давление рукава, изготовленного
1
на дорне диаметром d
на 24-шпулечной оплеточной машине с
1к
четырьмя нитями в потоке из пряжи 37/17, с i оплеток в
86
каркасе. Толщина внутренней камеры рукава δ к, толщина
наружной резиновой обкладки δ н.
2. Для сравнения рассчитать разрывное давление Рb рукава
прокладочной конструкции, имеющего тот же внутренний
диаметр d1к и толщину внутренней камеры рукава δ к, с i
прокладок из ткани Р-2, без наружной резиновой обкладки.
3. Для наиболее прочного из двух рукавов рассчитать
снижение прочности и величину деформации под действием
внешней осевой нагрузки Q и внутреннего давления Р,
составляющего 90 % от величины разрывного давления Р
b.
Данные для расчета необходимо использовать из таблицы
3.1.
Задача 6
Напорный рукав высокого давления имеет внутренний
диаметр D
камеры Тк, нитяную оплетку толщиной Т
, наружный диаметр D, толщину резиновой
вн
= 0,2 мм и n
н.о.
металлических оплеток из проволоки диаметром Тп = 0,3 мм с
общей толщиной металлической оплетки Т
(таблица 3.2).
м.о.
Рассчитать минимальный допустимый радиус изгиба
рукава и потерю прочности рукава при максимально
возможном изгибе, если коэффициент заполнения проволочной
оплетки резиной составляет К
которых n = 2, величины К
з.п.1
Для примеров 23 и 24, в
з.п.
= 0,67; К
= 0,59. Во всех
з.п.2
остальных вариантах n = 1.
4. Уплотнители подвижных контактов
Современная уплотнительная техника располагает большим выбором уплотнителей подвижных контактов. Наиболее
распространенные уплотнения подвижных соединений - манжетные, в виде упругих уплотнительных колец, сальниковые, обеспечивают надежную герметизацию за счет непосредственного контакта с поверхностью уплотняемой детали.
87
Упругие уплотнительные резиновые кольца применяются
для уплотнения поверхности деталей с возвратнопоступательным или вращательным характером движения. Упругие неразрезные резиновые кольца устанавливают в проточки
(канавки) прямоугольного поперечного сечения. Под влиянием
перепада давления рабочей жидкости кольцо упруго деформируется и создает необходимое уплотнение.
При работе манжет в статических условиях механизм их
работы аналогичен кольцевым уплотнениям, причем при подаче
давления со стороны усовой части самоуплотнение обеспечивается даже при малом давлении. Однако, в отличие от колец
круглого сечения, манжета способна герметизировать лишь одностороннее давление, действующее со стороны ее рабочей части. При работе в условиях двухстороннего давления герметизация осуществляется путем установки двух манжет опорными
поверхностями друг к другу.
Уплотнители вращающихся валов
Весьма значительную роль в технике играют уплотнители узлов с вращательным движением, в частности, резиноармированные манжеты, относящиеся к типу самоуплотняющихся
под действием давления рабочей жидкости [13].
Манжеты традиционной конструкции представляют собой армированное металлическим каркасом резиновое кольцо
фигурного профиля. На гибкий уплотнительный выступ манжеты надета обычная браслетная пружина, обеспечивающая стабилизацию во времени усилия прижатия этого выступа к поверхности вала. Первые сообщения о разработке манжет для валов
столь простой и рациональной конструкции появились в литературе в 30-х годах, очевидно, с началом применения маслостойких бутадиен-нитрильных каучуков. До настоящего времени
этот каучук является основным материалом в производстве
манжет.
88
Для обеспечения герметичности системы необходимо соблюдение по крайней мере двух условий: давление в зоне контакта уплотнительного выступа с валом должно превосходить
давление натекания рабочей среды; давление уплотняемой среды должно уравновешиваться силами поверхностного натяжения смазывающего слоя жидкости между манжетой и валом.
Одним из главных факторов, определяющих
работоспособность уплотнений вращающихся валов, является
величина контактной нагрузки между уплотнением и валом.
Критические контактные нагрузки сильно возрастают с
увеличением давления среды и слабо - с повышением скорости
скольжения. Для обеспечения герметичности при давлениях
среды до 0,05 МПа необходимо, чтобы материал уплотнения
работал в условиях насыщенного контакта при относительной
площади контакта в диапазоне 0,85-0,95; при этом соотношение
между контактным давлением и модулем упругости материала
должно составлять 0,05-0,15. Незначительная контактная
нагрузка обусловливает образование более толстой
смазывающей пленки между манжетой и валом и появление
утечек. Завышенная контактная нагрузка ухудшает условия
смазывания трущихся поверхностей, ужесточает
температурный режим в зоне трения.
Манжеты, уплотняющие жидкие среды, работают в
условиях граничного, или жидкостного трения, а при
уплотнении газообразных сред и сред с малой вязкостью - в
режиме сухого или граничного трения. Величина времени
заполнения зазора жидкостью является важным фактором,
характеризующим длительность работы соединения в режиме
сухого трения, наиболее характерного в начальный момент
вращения и усиливающего износ уплотнения и вала. Время
заполнения зазора жидкостью по ширине зоны контакта
манжетного уплотнения с валом определяется из выражения:
89
где ν - динамическая вязкость уплотняемой жидкости; σ поверхностное натяжение жидкости, h - толщина слоя
уплотняемой жидкости между манжетой и валом; l - длина зоны
контакта манжеты уплотнителя с валом.
Полученные результаты позволяют еще на стадии
проектирования уплотнительного узла наметить пути
повышения его работоспособности и долговечности.
Резинотканевые уплотнители широко применяются в кузнечно-прессовом оборудовании, строительных и дорожных машинах, насосах высокого давления, буровом и другом оборудовании в узлах с возвратно-поступательным движением. Они могут также применяться для уплотнения узлов с вращательным
движением. Манжеты изготавливают из прорезиненных и графитизированных тканей, маслостойких резин, поливинилхлоридных пластиков методами прессования или литья под давлением. Цель армирования резиновых уплотнителей - повышение
их прочности, стойкости к продавливанию в конструктивные
зазоры, снижение усилий трения, повышение жесткости [14].
Манжета подбирается по номинальному диаметру штока.
Профили, сечения этих уплотнений различны: уголковые, U образные, V - образные (шевронные). Наиболее широко известны армированные уплотнители, представляющие собой Vобразную манжету из эластичного материала, покрытую одним
или более слоями ткани.
Резинотканевые уплотнители принадлежат к
уплотнителям контактного типа, т.е. герметичность
обеспечивается за счет перекрытия конструктивных зазоров и
создания предварительного напряжения с месте контакта
τ
= 0,00016 . ν . l 2 / ( σ . h ) (4.1)
Уплотнители валов с возвратно-
поступательным движением
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]