3.1.3 Расчет вала на жесткость

В результате действия радиальных нагрузок на вал, он имеет поперечные деформации (прогиб). При больших прогибах возможно нарушение работы насоса, заклинивание вала, разрушение уплотнения и т. д.

Допустимое значение максимального прогиба находится в пределах 0,0002-0,0005 длины его пролета.

При наличии прогиба и неполной уравновешенности вала (вместе с колесом) возможно появление резонанса между частотой собственных колебаний вала с частотой вынужденных колебаний, которым соответствует критическое число оборотов. Работа на недопустима, может возникнуть аварийная ситуация для насоса.

Порядок расчета

1. Определяется нагрузка, Н ,сосредоточенная в плоскости рабочего колеса по формуле:

(3.65)

где Р_р – радиальная суммарная нагрузка в плоскости колеса, Н; Р_к – нагрузка от массы колеса, Н; и – проекции на вертикальную и горизонтальную плоскости радиальной нагрузки на колесо (см. формулы 3.20-3.23).

2.Определяется величина прогиба вала, м. по формулам:

- для консольного насоса:

(3.66)

- для насоса типа D:

(3.67)

где Р_р – радиальная суммарная нагрузка (формула 3.64), Н; – длина пролета, м. Для консольного насоса – длина консольной части вала, для насоса типа D – длина вала между подшипниками; E – модуль упругости, Па. Для стали Е =21∙10¹⁰, Па; – момент инерции сечения вала:

(3.68)

где – диаметр вала в рассматриваемом пролете, м.

3. Определяется допустимый прогиб:

(3.69)

4. Проверяем условие жесткости по прогибу вала:

5. Определяется критическое число оборотов , мин^-1 ,по формуле:

(3.70)

6. Проверяется вал на критические обороты из соотношения:

(3.71)

где n – число оборотов вала рабочего колеса насоса , мин^-1.

3.2 Расчет шпоночного соединения

Соединение вала с рабочим колесом и с муфтой обычно осуществляется с помощью шпоночного соединения, которое часто выполняет еще и предохранительную функцию. При повышении нагрузки шпонка срезается, предохраняя вал, рабочее колесо и другие детали насоса от разрушения. Обычно применяют призматические стандартные шпонки.

Проверочный расчет сводится к определению напряжения смятия, Па, боковой поверхности шпонки по формуле:

(3.72)

где М_кр – крутящий момент, Н·м; d – диаметр вала, м: h – высота, шпонки, м: b – глубина шпоночного паза, м; l – длина шпонки, м.

Условие прочности:

Допускаемые напряжения смятия составляют: для стальной ступицы Па, чугунной Па, бронзовой Па, для пластмассовых Па.

Если расчетное напряжение превышает допустимое, можно поставить две шпонки.

3.3 Расчет рабочего колеса

В данном расчете осуществляется проверка прочности диска рабочего колеса, который подвержен действию центробежных сил. Методика расчета зависит от механических свойств материала, из которого он изготовлен.