Силовий розрахунок сферичного крана

 

Зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана визначаємо за формулою:

 

,                           (2.7) 

 

де - радіус середньої лінії ущільнювального кільця;

- робочий тиск середовища, ;

Виходячи із конструктивних міркувань, приймають, що , а тому[1]

                                           (2.8) 

де

 

.

 

Підставляємо числові значення у формули (2.7), (2.8)

 

 

 

Якщо припустити, що тиск середовища проникає до середини ущільнення, то крутячий момент, для кранів без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, визначаємо за такими формулами [1]

 

              (2.9)

     (2.10) 

де - зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець, кгс;

 – коефіцієнт тертя між пробкою і матеріалом ущільнення;

Згідно таблиці 3.2 [1, с. 37], коефіцієнт  = 0,1.

Підставляємо числові значення у формули (2.9), (2.10)

 

 

 

Клиновий ефект у сферичному крані також не відіграє суттєвої ролі через великий кут, який утворюють ущільнювальні поверхні (біля 90⁰). У зв’язку із цим питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування визначаємо за формулою[1]

 

          (2.11) 

де  – коефіцієнт, який залежить від типу робочого середовища;

с і – сталі, які залежать від матеріалу ущільнення;

n – ширина перекриття (ущільнення), см.

Коефіцієнти , с і  прийняті у розділі 1.

 

 

Середній питомий тиск на вихідному кільці, за умови, що

,визначаємо за формулою

               (2.12)

де  – коефіцієнт, який залежить від кутової ширини  ущільнювального кільця, = 4,11 -розраховано за допомогою інтерполяції за даними таблиці 3.5[1].

Підставляємо числові значення у формулу (2.12)

 

 

Максимальний питомий тиск, який буде на внутрішньому краю вихідного кільця крана без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, яке , визначається за формулою

 

               (2.13)

 

Якщо у формулі (2.7) врахувати формулу (2.8), то отримаємо формулу для визначення зусилля від дії тиску робочого середовища на пробку сферичного крана [1]

        (2.14)

 

Виходячи із умови, що момент тертя у сальнику і у опорі пробки не перевищують 30 % від моменту тертя пробки об корпус, орієнтовний розрахунковий крутячий момент на шпинделі приймається рівним [1]

 

     (2.15) 

 

 

Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику при проектному розрахунку визначається із умови кручення за формулою

 

                            (2.16) 

де  - розрахункове допустиме напруження.

Для стальних деталей за номінальне допустиме напруження приймається менше із двох значень [1]

 

              (2.17)

                            (2.18) 

де  - тимчасовий опір розриву (межа міцності);

 - межа плинності.

     Обираємо сталь 15Х з межею міцності межа плинності .

     Підставляємо числові значення у формули (2.17), (2.18)

 

 

Вибираємо мінімальне допустиме напруження .

Підставляємо числові значення у формулу (2.16)

 

 

Схематично сальник крана із змащуванням показано на рисунку 2.3[1].

 

1 - канавка із набивкою; 2 – шпиндель; 3 – лубрикатор;

4 – порожнина для мастила

Рисунок 2.3 – Схематичне зображення сальника крана з плаваючою пробкою із змащуванням

 

Момент тертя у різі (у тому числі і в сальнику) при повороті шпинделя визначаєvj за формулою

 

         (2.19) 

 

де _ср.р - середній діаметр різі;

 - кут підйому різі;

 - кут тертя;

Значення коефіцієнта тертя у різі приймаємо Тоді

                   (2.20) 

 

 

Кут підйому різі визначаємо із формули

 

            (2.21) 

 

де  - крок різі.

Розміри різі шпинделя приймаємо із конструктивних міркувань.Середній діаметр різі _ср.р = 100 мм, крок різі

 

 

Підставляємо числові значення у формулу (2.19)

 

 

Крутячий момент, який необхідно для повороту пробки крана

 

                   (2.22) 

 

.