2. Расчётная часть.

2.1 Выбор марки материала для изготовления основных деталей насоса

Агрегаты типов  М предназначенные для работы в стационарных условиях по перекачиванию меласы температурой от 40°С до + 120°С

Так как вал эксплуатируется при большой температуре в слабоагрессивной среде, выбираю сталь 40Х, т.к она она удовлетворяет всем требованиям эксплуатации.

В этой марке стали содержится 0,40% углерода и менее 1,5% хрома.

2.2 Расчет выпускного фланцевого соединения на прочность

Рисунок 4 Фланец

Данные для расчета.

D – внутренний диаметр патрубка, м.	0,07
– рабочее давление, МПа.	0,01
Sр – толщина стенки патрубка, м.	0,01
t – Температура среды в патрубке, °C.	70

Расчетная температура фланцевого соединения, t_ф, °C, и болта t_б, °C, определяется по формулам:

t_ф=t.

t_ф = 70 °C.

t_б=0,97· t.

t_б = 0,97 · 70 = 67,9 °C

Толщина конической втулки фланца, S₁, м, определяется по формуле:

S₁ ≤ 1,35 · S_р

S₁ ≤ 1,35 · 0,01 = 0,014 м.

В зависимости от диаметра аппарата и рабочего давления выбирается болт М22. [1, 41]

Диаметр окружности по которой располагаются болты, D_б, м, определяется по формуле:

_{где: dб - диаметр болта, м, dб = 0,022 м.}

0,014 + 0,022 + 0,006) = 0,103 м.

Принимается D_б = 0,11 м.

Наружный диаметр фланца D_ф, м, определяется по формуле:

где: а – коэффициент, определяемый в зависимости от d_б и размера гайки, а = 0,04

_{Dф ≥ 0,11 + 0,04 = 0,15 м.}

_{Принимается Dф = 0,15 м.}

_{Наружный диаметр прокладки, Dn, м, определяется по формуле:}

где: е – коэффициент, зависящий от типа прокладки и диаметра болта.

е = 0,032 м. [1, 43]

D_n= 0,11 – 0,032 = 0,078 м.

Средний диаметр прокладки, D_nс, м, рассчитывается по формуле:

где: b_п– ширина прокладки, м. Принимается b_п = 0,015 м.

D_n.c= 0,078 – 0,015 = 0,063 м.

Принимается D_n.c=0,065 м.

Ориентировочное число болтов, Z_б, шт., рассчитывается по формуле: (2.1)

где: h_б – шаг болтов.

Шаг болтов, h_б, м, рассчитывается по формуле:

h_б=2,2 · d_б (2.2)

h_б = 2,2 · 0,022 = 0,049 м.

шт.

Принимается Z_б = 8 шт.

Определяются вспомогательные величины:

Коэффициент k; k = 1 – для плоских приварных фланцев.

Эквивалентная толщина втулки фланца рассчитывается по формуле:

Sе = k · S₁

Sе= 1 · 0,014=0,014

Ориентировочная толщина фланца, м рассчитывается по формуле:

(2.3)

=0,016 м.

где λ – коэффициент, λ = 0,5

Определяется безразмерный параметр:

=0,58

где:

=1,14 =0,42 =2,14

Безразмерный параметр рассчитываются по формуле:

=2,75

Определяется угловая податливость фланца:

(2.4)

=0,49

где Еф – модуль упругости материала фланца; Еф = 1,88·10⁵.

Определяется линейная податливость прокладки:

(2.5)

=0,0032

где Sп – толщина прокладки, принимается Sп = 0,002 м.

11 Расчетная длина болта, м

l_б = l_бо + 0,28 ∙ d_б (2.6)

l_б = 0,04 + 0,28 ∙ 0,022=0,046м.

где l_бо - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки.

Длина болта принимается в соответствии со стандартными значениями l_б=0,05м.

Определяется линейная податливость болтов по формуле:

(2.7)

=0,0001

где Еб – модуль упругости материала болта, 2∙10⁵ МПа;

Аб – площадь поперечного сечения болта, 2,95 ∙10^-4

Определяется коэффициент жесткости фланцевого соединения:

(2.8)

= 0,43

при стыковке одинаковых фланцев у_ф1 = у_ф2;

=0,57

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления, рассчитывается по формуле:

_(2.9)

Сила реакции прокладки в рабочих условиях определяется по формуле:

_(2.10)

где: b_e - эффективная ширина подкладки, 0,001м

m – расчетная величина, выбирается по таблице 2,5

Определяется усилие, возникающее от температурных деформаций:

(2.11)

где ; - коэффициент температурного линейного расширения

Определяется болтовая нагрузка в условиях монтажа при Р ≤ 0,6 МПа.

(2.12)

где [σ _б]²⁰ - допускаемый предел прочности стали 20, [σ _б]²⁰ = 130 МПа

Определяется болтовая нагрузка в рабочих условиях.

(2.13)

Условие прочности болтов определяются по формулам:

(2.14)

(2.15)

Условие прочности болтов при монтаже и работе выполняются.

Условие прочности прокладки определяется по формуле:

(2.16)

где: [q] - допускаемый предел прочности материала прокладки, [q]= 20 МПа

Условие прочности прокладки выполняются.