3.10. Подбор муфты

Муфта центробежная без отжимных пружин фирмы "Пуль".

Эти муфты соединяют (или разъединяют) валы при достижении ведущим валом заданной угловой скорости. Служит для соединения со шкивом клиноремённой передачи.

3.11. Расчет шпоночного соединения.

В данном редукторе шпоночные соединения выполнены с использованием призматических шпонок. Соединение с такими шпонками напряженное, оно требует изготовления вала с большой точностью. Момент передается с вала ступиц узкими боковыми гранями шпонки. При этом возникают напряжения сечения σ_см, а в продольном сечении шпонки напряжение среза τ.

У стандартных шпонок размеры b и h подобранны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжение среза, а напряжение смятия. Поэтому расчет шпонок проведем на напряжение смятия.

Рассчитаем шпоночное соединение наиболее нагруженного вала редуктора – тихоходного вала, где установлена шпонка 16х10х45 ГОСТ 23360-78.

σ_см=F_t/h*l_p≤[ σ_см], где

F_t=2T/d_b

[ σ_см]=0.5σ_τ=0.5*320=160 МПа.

Тогда σ_см=4T/d_b*h*l_p≤[ σ_см], где

σ_см - расчетное напряжение смятия

Т – крутящий момент

d_b- диаметр вала

l_p – рабочая длина шпонки

h – высота шпонки

[ σ_см] – допускаемое напряжение смятия

σ_τ – предел текучести материала

σ_см=4*712,8/55*10*45=0,12 МПа < [ σ_см]=160 МПа

Условия несмятия шпонки выполняются, следовательно шпонка выбрана правильно.

3.12. Прочностной расчет лопасти

Большинство исходных данных для расчета лопасти на прочность является результатом кинематического расчета лопасти. К исходным данным прочностного расчета относятся:

- диаметр ветроколеса D=5 м.

- длина лопасти l=2.7 м.

-хорда корневого сечения лопасти b=200мм=0.2 м;

-плотность материала лопасти (предполагаем что каркас лопасти будет выполнен из дерева в качестве которого выбираем сосну) *10³ кг/м³;

- наружный диаметр кольцевой трубы D_тр=40мм=0.04 м;

-внутренний диаметр кольцевой трубы d_тр= 32 мм=0.032 м;

-материал трубы – сталь 20;

- предельно допустимое напряжение стали 20 [σ_CT20]=40 кгс/мм²=4000*10⁵ Па;

-расчетная скорость ветра V=6.5 м/с;

- коэффициент быстроходности в рабочей точке ветроустановки Z=6.5;

- плотность воздуха ρ=1.23 кг/м³;

Центробежная сила действующая на лопасть

Радиус расположения центра тяжести лопасти:

Частота вращения ветроколеса:

, (5.1)

Площадь сечения профиля лопасти:

S=0.0051м²;

Тогда масса лопасти

кг (5.2)

Рассчитываем центробежную силу действующую на лопасть:

; (5.3)

Напряжение на отрыв от центробежной силы:

Площадь сечения кольцевой трубы

(5.4)

Таким образом, напряжение на отрыв от центробежной силы:

(5.5)

Моменты действующие на лопасть:

Момент создаваемый аэродинамической силой.

Для значения коэффициента быстроходности Z=6.5 относительный радиус парусности r_пар=0.69. Для заданных геометрических размеров колеса D=5 м. определяем размерную величину радиуса парусности:

В соответствии с рекомендациями определяем коэффициент лобового давления на лопасть для заданного значения быстроходности и принимаем его с запасом B=1.4 (на случай увеличения быстроходноности).

Рассчитываем силу лобового давления на лопасть:

(5.6)

Теперь находим момент создаваемый аэродинамической силой:

Момент создаваемый распределенными центробежными силами, действующими на лопасть.

Момент создаваемый распределенными центробежными силами, Н*м,

(5.7)

Угол φ это угол установки корневого сечения лопасти; в соответствии с нашими исходными данными φ=13°. Угловая скорость ω=6.34 с^-1. Величина момента инерции лопасти:

(5.8)

где S_S=0.0988K_C .В нашем случае коэффициент К_С определяется по формуле:

Отсюда

S_S=0.0988K_C=0.0988*1.118=0.1104. (5.9)

Таким образом, момент инерции лопасти

Теперь рассчитаем момент, создаваемый распределенными центробежными силами:

Момент сопротивления сечения. Для сечения кольцевой трубы момент сопротивления сечения:

(5.10)

Где R_TP и r_TP –соответственно наружный и внутренний радиусы кольцевой трубы. Тогда:

(5.11)

Напряжение от моментов, действующих на лопасть

Модуль суммарного момента

=410.5Н*м; (5.12)

Напряжение от моментов сил, действующих на лопасть,

(5.13)

Суммарное напряжение в опасном сечении лопасти определяется как сумма напряжений от изгиба и отрыва, т.е.

С другой стороны, из исходных данных известно предельно допустимое напряжение для материала кольцевой трубы: [σ_CT20]=40 кгс/мм²=4000*10⁵ Па. Таким образом, вычисляем запас прочности:

(5.15)

Вывод: данная конструкция выдержит напряжения, действующие на лопасть при расчетной скорости ветра V=6.5 м/с. Необходимо, чтобы конструкция выдерживала критические скорости ветра (20…25 м/с) и шквалы. Следовательно, нужно пересчитать по данной методике, изменив размеры и диаметр труб.