Расчет основного вала винта твд
1)Проектировочный расчет:
Данный вал нагружается изгибающим, крутящим и гироскопическим моментами.
Влияние сжимающих и растягивающих сил мало и поэтому не учитывается. Расчет ведем по формуле:
d
=
,
где
Мкр
= 9550*
= 13179 Нм,
[
]
= 70*106
,
d
=
113,8
мм.
Принимаем ближайший рекомендуемый: dв = 80 мм.
2)Проверочный расчет:
Для расчета валов определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.
Расстояния между опорами вала назначаем по прототипу в долях от диаметра вала.
Но первоначально определяем усилия, действующие на вал:
1)максимальный вращающий момент;
2)сила тяги винта F, растягивающая вал. Максимальное значение силы тяги, при работе винта на старте определяют из выражения:
F=
,
где
Рдв
–
мощность двигателя, кВт;
в=
-
КПД винта;
-
скорость полета самолета (
=
);
3)вес
винта G,
который берем из технических данных и
для учета сил инерции умножаем на
коэффициент перегрузки силовой установки
n1=
;
4)центробежная сила неуравновешенных масс винта Fц.б , которой обычно пренебрегают вследствие ее малости по сравнению с другими силами;
5)гироскопический момент Мг , возникающий при эволюциях самолета, когда изменяется направление оси вращения винта.
Для винтов с тремя и более лопастями максимальный гироскопический момент вычисляют по формуле:
Мг
max
=
,
где
-
угловая скорость вращения ротора в
пространстве:
=
-
средняя угловая скорость вращения
самолета в пространстве. Здесь n2
–
коэффициент перегрузки (для пассажирских
самолетов: n2
=
);
-
скорость полета самолета при эволюции,
,
g=9,8
– ускорение свободного падения;
-
угол поворота винта, отсчитываемый от
плоскости вращения самолета (изменяется
от 0 до 180о);
-
угол между осями вращения винта и
самолета.
При
гироскопический момент имеет максимальное
значение.
-
момент инерции винта, может быть найден
через массу и радиус инерции по формуле:
=m*r2
.
Радиус инерции определяют через
наибольший радиус лопасти: r=
.
Коэффициент
для дюралюминиевых лопастей можно
принять равным
.
Находим эти значения:
F=
Н;
G=200*g=2000, G*n1=2000*5=10000 Н;
R=1м;
,
r=0.4
*1=0.4
м.
I=200*0.42=32 кг*м2;
;
Мг=32*104,67*0,03=
100,48 Нм;
Tmax=Т1+Т2=2233224+797580=3030,804 Нм;
Ткр1=Ft3*k*
=5990*3*
=2345,085
Нм;
Ткр2=
Ft3*k*
=5990*3*
=808,69
Нм;
Расстояния вала между опорами равны:
а=
=0,8;
в=
=1,21;
Определим реакции в опорах.
Вокруг точки А (по часовой стрелке момент считаем положительным):
-G*a+Mг+Rв=0;
Rв=
=6528,53
Н;
Вокруг точки B (по часовой стрелке момент считаем положительным):
Ra*в-G(a+в)+МГ=0;
Ra=
=16528.53
Н;
Строим эпюры нагружения моментами вала:
Мu=МГ-G*a=100.48-8000=[7899,52] Нм;
Проверка:
;
W=
=115.91*10-6;
=68,152*106
Па
=68 МПа , [
]=190
МПа;
Вал выдерживает, так как коэффициент запаса прочности равен:
k=
=2.79.
Расчет и выбор подшипников
Подшипники служат опорами для валов вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу и передают их на раму машины. От их качества в значительной мере зависит работоспособность и долговечность машин.
Задняя опора водила и колесо закреплены и вращается посредством шарикового подшипника, который мало нагружен и по этому он не рассчитывается, а просто подбирается по диаметру вала.
Задняя опора основного вала воспринимает осевую , радиальную силу и гироскопический момент. Поэтому здесь используют шариковый четырехточечный подшипник (радиально упорный).
Проверка на долговечность:
С=87100 – динамическая грузоподъемность;
Коэффициенты: Х=0,41; V=1,0; Y=0,87; Кб=1,2; Кт=1.
Fr – радиальная реакции в данной опоре;
Fa - осевая реакция в опоре;
p =3, для шариковых подшипников.
L=
=16,468;
В часах работы получим:
L=
6593
час;
Таким образом этого ресурса вполне хватит для обеспечения ресурса работы редуктора (Т=6400 час).
Передней опорой основного вала служит роликовый подшипник (радиальный) типа 32124 по ГОСТ 8328-75, подшипник с особо легкой серии.
Проверка на долговечность:
L=
, С = 103000, Р=(X*Fr+Y*Fa)*Кб*Кт;
Коэффициенты: Х=1; Fa=0 (осевая реакция отсутствует);
Кб=1,2; Кт=1; Fr =16516.9 Н;
Р=1*16516,9*1,2*1=19820,28 Н;
L=
=(7.795)
=939.124
В часах работы:
L=
=13730
час.
Таким образом, этого ресурса вполне хватает для обеспечения ресурса работы редуктора (Т=6400 час).