3. Особенности определения расчётных усилий в исполнительных механизмах

Исходными данными для проектирования редуктора исполнительного механизма и выбора электродвигателя являются величина момента сопротивления со стороны задвижки и скорость вращения выходного вала редуктора, которые определяются расчётным путём.

Момент сопротивления определяется величиной и направлением действия силы вдоль оси шпинделя, геометрическими размерами передачи винт-гайка и другими параметрами.

Для определения сил, действующих вдоль оси шпинделя, рассматриваются различные фазы работы задвижки.

Условие герметичности задвижки:

q ≥ [q], (3.1)

где q – удельное давление на поверхности контакта диска 4 и корпуса задвижки (рис. 2.2) или на уплотнительных кольцах; [q] – допустимое значение удельного давления, обеспечивающего герметичность.

Определение величины [q] является сложной задачей, так как зависит от чистоты уплотняющих поверхностей, свойств среды, температуры, жёсткости конструкции задвижки, материала уплотняющих колец и др. Поэтому величина [q] определяется экспериментально. ЦКБА рекомендует следующую эмпирическую формулу:

, (3.2)

где C – постоянная, зависящая от материала уплотняющих поверхностей (для чугуна, бронзы и латуни С = 30); k – коэффициент, зависящий от материала уплотняющих колец (для чугуна, бронзы и латуни k = 1); Р – рабочее давление среды, кг/см²; В – ширина уплотняющей поверхности, которая определяется типом уплотнения, см.

Для уплотнения в исполнении I (без колец):

. (3.3)

Для уплотнения в исполнении II (с кольцами):

, (3.4)

где d₅, d₄, d₇, d – см. часть 2 табл. 6.

Уравнение (3.2) согласуется с экспериментальными данными, если уплотняющие поверхности на дисках и корпусе притёрты до чистоты не менее 9-го класса, среда – чистая жидкость (кроме керосина и бензина), не содержащая твёрдых частиц, с температурой 20 °С.

Условие (3.1) может быть реализовано за счёт давления среды (1 способ) или уплотнения с поджатием за счёт клина задвижки (2 способ).

1 способ – одностороннее самоуплотнение. При этом виде уплотнения условие (3.1) принимает вид:

, (3.5)

где – сила, прижимающая диск 4 к уплотняющим кольцам за счёт перепада давления; – площадь уплотняющих колец, см²;

Для уплотнения типа I см.

Для уплотнения типа II см.

Если неравенство (3.1) не выполняется, следовательно одностороннее самоуплотнение не обеспечивает герметичности при перепаде давления, поэтому применяется уплотнение с поджатием за счёт клина задвижки.

2 способ – уплотнение с поджатием. При этом условие герметичности определяется выражением

, (3.6)

где q_доп – дополнительное удельное давление, возникающее за счёт клина, т.е. действия горизонтальных составляющих реакции R₂₄ (рис. 2.2).

Дополнительное давление определяется из условия (3.6).

. (3.7)

Реализуется это неравенство за счёт распорной силы R₂₄ (рис. 2.2), прижимающей диск к уплотняющей поверхности корпуса.