Прочностной раiет компрессора
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
? лопатки, включающая в себя центробежные силы от массы пера и от массы хвостовика:
При раiете трапециевидного замка определяются напряжения смятия по контактным поверхностям замка лопатки и выступа (перемычки) диска, напряжения изгиба угла перемычки и напряжения растяжения в выступе диска.
Пренебрегаем округлостью диска. Раiетная схема представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Раiетная схема замка
Таблица 3.1 - Геометрия трапециевидного замка
a1, ммa2, ммh1, ммh2, мм?, мм?,град.B, ммRц.т.х.,мм5,039,4104,76702884,42
) Определение напряжений смятия по контактным поверхностям
Для раiета необходимо определить центробежную силу массы лопатки (перо + замок):
Центробежная сила от массы пера лопатки определяется по формуле:
где - напряжения растяжения в корневом сечении пера лопатки от действия центробежных сил;
Fк - площадь корневого сечения пера лопатки.
Центробежная сила от массы хвостовика вычисляется по формуле:
где - объём хвостовика;
- плотность материала лопатки;
- расстояние от оси вращения до центра массы хвостовика;
- угловая скорость вращения ротора.
Центробежная сила вызывает в контактных поверхностях нормальные силы давления N и касательные силы трения, где f - коэффициент трения материалов замка лопатки и диска (принимаем равным 0,3).
Напряжения смятия контактной поверхности:
где Fсм - площадь поверхности смятия.
Сила N находится из условия равновесия замка крепления лопатки под действием приложенных к нему сил. Сумма проекций всех сил на направление действия центробежной силы равна нулю:
Площадь поверхности смятия:
Поскольку для титана допустимые напряжения смятия равны 120-280 МПа, то полученное значение напряжений смятия удовлетворяет нормам прочности.
) Определение напряжений растяжения в выступах обода диска
Определим напряжения растяжения в выступе обода диска.
Выступ обода нагружается суммарной центробежной силой от двух примыкающих лопаток (по Рц л /2 от каждой) и центробежной силой от массы выступа Рц в .
Пренебрегая углом развала лопаток и iитая, что центробежные силы от лопаток и выступа параллельны между собой, получим:
где - центробежная сила от массы выступа диска;
?д -плотность материала диска;
RB- расстояние от оси вращения до центра массы выступа.
Поскольку для титана допустимые напряжения растяжения равны 80-160 МПа, то полученное значение напряжения растяжения удовлетворяет нормам прочности.
) Определение напряжений изгиба в выступах обода диска
Напряжения изгиба в клине АВС определяются по гипотезе ломаных сечений, разработанной проф. А.В. Верховским.
Рисунок 3.2 - Определение изгибных напряжений
Через точку А основания клина (рисунок 3.2) проводится нормаль АВ к образующей паза. Точка В является пересечением нормали с биссектрисой угла СНА. Через точку В проводят нормаль к контуру СН. Проведя из точки В нормаль к линии нормальной силы N, приложенной в середине образующей паза НА, находим в месте пересечения точку Е и плечо ВЕ. Предполагается, что по сечениям АВ и ВС напряжения распределены не по линейному, а по гиперболическому закону. Тогда изгибающий момент относительно точки В определяется из выражения , а максимальные напряжения изгиба в точках А и С находятся по формуле:
где аk=1,5тАж2,8 - коэффициент концентрации.
Поскольку для титана допустимые напряжения изгиба равны 150-330 МПа, то полученное значение напряжения изгиба удовлетворяет нормам прочности.
Выводы: в результате раiета замка лопатки были получены напряжение растяжения, смятия и изгибающие напряжения. Окончательная оценка прочности определяется запасом прочности для каждого вида напряжений отдельно.
Получены коэффициенты запаса прочности:
- =3,37;
=2,12;
=2,11;
Полученные в результате раiета запасы прочности гарантируют надежное закрепление лопаток в диске с помощью трапециевидного замка.
5. Раiет динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки рабочего колеса компрессора
При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки компрессора действуют периодически изменяющиеся газовые силы, что связано с неравномерностью газовоздушного потока по окружности в проточной части двигателя. Эти силы вызывают вынужденные колебания лопаток. При совпадении частот собственных колебаний лопатки iастотами вынужденных колебаний наступают резонансные колебания, при которых амплитуда колебаний резко возрастает, что может привести к разрушению лопатки. Опасных резонансных колебаний можно избежать путем изменения частоты собственных колебаний лопаток или частоты и величины возбуждающей силы.
Колебания лопаток могут быть изгибными, крутильными, изгибно-крутильными и высокочастотными пластиночными. Особенно легко возбуждаются колебания по основной (первой) изгибной форме.
Целью данного раiета является определение частоты собственных изгибных колебаний лопатки по первой форме, построение частотной диаграммы и нахождение резонансных режимов работы двигателя.
Исходные