Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Современные методы прочностных расчетов элементов конструкции гидромашин. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

оп

рк

Рис. 1.18. Схема ротора консольного насоса

с одной опорой

оп

рк

Рис. 1.19. Схема ротора многоступенчатого насоса

между центрами тяжести крайних РК; L

– расстояние между опо-

оп

рами вала.

Для высокооборотных многоступенчатых центробежных насосов жесткость ротора является определяющим параметром при выборе размера вала.

Например, при проектировании консольного центробежного насоса с одной опорой диаметр вала (см) находится из выражения

≥

0,2

(2 )

G GL

рк в оп

где σ – нормальное напряжение от суммарного осевого усилия.

При проектировании многоступенчатого насоса диаметр вала (см) находится из выражения



iG L G

рк оп в



≥



−+

0,4

оп

Из представленных формул следует, что при проектировании ротора основными параметрами, влияющими на надежность работы насоса, являются диаметр вала, расстояние между опорами и частота вращения ротора.

Для более точного определения собственных и критических частот ротора насоса необходимо использовать аналитический, графический или современный численный методы.

Применение современных численных методов анализа позволяет улучшить конструкцию ротора без использования дорогостоящих и затратных по времени циклов экспериментальных исследований модели, тем самым значительно уменьшить стоимость насоса. Однако следует иметь в виду, что все расчетные методы не позволяют учесть влияние всех факторов. Поэтому точное значение критической частоты ротора можно определить только в результате экспериментальных исследований конкретной модели насоса.

Таким образом, прочностные расчеты ротора лопастного насоса обязательно должны включать в себя два основных вида исследований:

– статический анализ, позволяющий проверить выполнение условий прочности и жесткости в соответствии с принятыми критериями (см. п. 1.3);

– динамический (частотный, модальный) анализ ротора в сборе с жестко закрепленными и вовлеченными в совместное вращение с ним деталями (рабочее колесо и др.) для определения критических частот, связанных с ними форм колебаний и прецессионного движения ротора.

Численные исследования ротора лопастного насоса на прочность выполняют в два этапа:

– расчет «сухой» модели ротора насоса, под «сухой» моделью в соответствии с ГОСТ 32601–2013 «Насосы центробежные для нефтяной, нефтегазовой и газовой промышленности» [2] понимается расчетная модель ротора, в которой отсутствует гидродинамическое воздействие жидкости, а вал поддерживается только своими подшипниками, которые характеризуются высокой степенью жесткости;

– совместное решение гидродинамической и прочностной задач.

Для насосов, перекачивающих горячие жидкости, также добавляется термическая задача.

Г л а в а 2

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

2.1. SolidWorks Simulation

В данной главе рассмотрены методы применения современного инструмента для проведения прочностных расчетов – SolidWorks Simulation. Программное обеспечение SolidWorks Simulation – это решение, интегрированное в среду SolidWorks, предназначенное для проведения инженерных расчетов и анализа изделий методом конечных элементов (МКЭ). МКЭ – это численный метод анализа технических конструкций, который делит модель на много малых частей простых форм, называемых элементами, эффективно заменяющими сложную задачу несколькими простыми, которые необходимо решить совместно.

Элементы имеют общие точки, называемые узлами. Процесс деления модели на малые части называется созданием сетки. Поведение каждого элемента по всем возможным сценариям опоры и нагрузки известно. Метод конечных элементов использует элементы различных форм.

Реакция в любой точке элемента интерполируется из реакции узлов элементов. Каждый узел полностью описывается рядом параметров, зависящих от типа анализа и используемого элемента. Для расчетов конструкции реакция узла представляется в целом тремя перемещениями и тремя вращениями. Они называются степенями свободы (DOF). Анализ с использованием метода FEM называется анализом конечных элементов (FEA).

SolidWorks Simulation обеспечивает решения моделирования для линейного и нелинейного статического анализа, анализа частоты, устойчивости, температурного анализа, усталости, сосуда давления, испытаний на ударную нагрузку, линейного и нелинейного динамического анализа, а также анализа оптимизации.

В данной главе будет рассмотрено пять лабораторных работ для прочностных исследований элементов конструкций гидромашин сиспользованием программного пакета SolidWorks Simulation.

2.2. Лабораторная работа 1. Расчет штока на прочность

В лабораторной работе необходимо произвести расчет штока гидроцилиндра на прочность с помощью инструмента SolidWorks Simulation и провести анализ сеточной сходимости – определить влияние разрешения сетки на результаты расчета. Также необходимо проанализировать влияние типа решающей программы нарезультаты расчета.

2.2.1. Исходные данные

Исходные данные для построения штока представлены на рис.2.1. В табл. 2.1 приведены данные по нагрузкам на шток гидроцилиндра в зависимости от номера варианта студента. Номер варианта – порядковый номер студента группы в алфавитном порядке.

Рис. 2.1. Исходная геометрия штока

Таблица 2.1

Варианты нагрузок на шток гидроцилиндра

Номер варианта Давление на шток, МПа Направление нагрузки

1 10 Открытие 2 11 Закрытие 3 12 Открытие 4 13 Закрытие

5 14 Открытие 6 15 Закрытие 7 16 Открытие 8 17 Закрытие 9 18 Открытие

10 19 Закрытие

11 20 Открытие 12 21 Закрытие 13 22 Открытие

14 23 Закрытие

15 24 Открытие

16 25 Закрытие

17 26 Открытие

18 27 Закрытие 19 28 Открытие 20 29 Закрытие

Шток приводится в движение давлением, которое подается в ту или иную область гипотетического гидроцилиндра. Из-за перепада давлений на площадях шток начинает перемещаться. В работе рассматривается случай заклинивания ответной части штока и невозможность штока перемещаться. Под действием давлений он может испытывать нерасчетные нагрузки, которые могут привести к его разрушению.

По исходным данным необходимо построить твердотельную модель, которая далее будет участвовать в расчете. Материал для штока выбирается по стандарту DIN. Ближайшим аналогом стали, указанной в рамке чертежа, является легированная сталь 1.7320.

2.2.2. Проведение расчета

Для проведения расчета необходимо активировать модуль Simulation в SolidWorks. Для этого во вкладке панели закладок «Добавления SolidWorks» выбираем соответствующий модуль (рис. 2.2).

После этого на панели закладок появится новая вкладка – Simulation.

Для проведения исследования необходимо на вкладке выбрать пункт «Новое исследование» – «Статический» (рис. 2.3).

После создания исследования появится дерево статического анализа, в котором надо задать крепления, внешние нагрузки и построить сетку. В качестве зафиксированной геометрии выбираем резьбовой участок на «тонком» конце штока (геометрия выделена синим цветом на рис. 2.4).

Кроме того, к категории креплений следует отнести невозможность деформации штока по наружному контуру, так как он гипотетически зажат в цилиндре. Для этого при выборе нового крепления выбираем иконку «Ролик/Ползун» и внешние грани штока (рис. 2.5).

После задания креплений необходимо выбрать нагрузки, действующие на шток. Он работает под давлением в зависимости от варианта, указанного в табл. 2.1. Под «открытием» понимается нагрузка, действующая в правую сторону на рис. 2.1, под «закрытием» – в левую. Примеры задания нагрузок на открытие и закрытие

Рис. 2.2. Активация модуля Simulation

штока представлены на рис. 2.6 и

2.7 соответственно. Следует выбирать все возможные грани, на которые передается давление при работе штока.

Сетка для штока строится на основе кривизны, и для первоначального расчета можно оставить параметры сетки по умолчанию. В дальнейшем при получении результата расчета необходимо построить сетку для восьми случаев ее разрешения. Пример задания начальной сетки представлен на рис. 2.8.

После создания сетки и параметров расчета можно запустить исследование (рис. 2.9). После окончания расчета в дереве анализа появится папка с результатами, которые по умолчанию включают напряжения, перемещения и деформацию. Для этого расчета в первую очередь будем использовать эпюру напряжений. Эпюра напряжений представлена на рис. 2.10.

Рис. 2.3. Новое исследование

на прочность

На основе полученных результатов необходимо записать данные для дальнейшего анализа. К ним

относятся значение максимальных напряжений, напряжения на наиболее нагруженной поверхности штока, количество элементов и узлов сетки. Чтобы узнать зону с максимальными напряжениями, необходимо выбрать правой кнопкой мыши на иконке «Напряжение» пункт «Параметры графика» и поставить галочку напротив «Отобразить максимальные примечания» (рис. 2.11).

Рис. 2.4. Зафиксированная геометрия штока

Рис. 2.5. Задание скользящей поверхности

Рис. 2.6. Задание нагрузки на открытие штока

Рис. 2.7. Задание нагрузки на закрытие штока

Напряжения на наиболее нагруженной поверхности штока находятся с помощью инструмента «Зондирование» при нажатии правой кнопки мыши на иконку «Напряжение». Для зондирования

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]