6.5. Расчет вала

Коленчатый вал является ответственной деталью, от совершенства конструкции которой зависит надежность и безопасность эксплуатации компрессора в целом. Практика компрессоро-строения выработала нормы проектирования валов, когда заранее намечаются основные размеры, а после производится поверочный расчет на прочность, жесткость и крутильные колебания.

В конструкции валов отражаются принципы, положенные в основу проектирования современных компрессоров: пространственное расположение большого числа цилиндров, статическая определимость системы, обуславливающая применение только двух опор вала, уравновешивание сил инерции, принудительная жидкостная смазка подшипников.

Вал фиксируется в одном из подшипников, во втором подшипнике вал может перемещаться вдоль оси. В качестве коренных подшипников в компрессорах применяют как подшипники скольжения, так и качения.

Вялы компрессоров обычно изготавливают из стали 45 или 40Х. В многоцилиндровых компрессорах первостепенное значение имеет жесткость вала. Под этим требованием понимают ограничения, налагаемые на деформации под действием внешних нагрузок. Прогиб шатунной шейки не должен выходить за пределы минимального масляного слоя.

Прогиб недостаточно жесткого вала резко ухудшает условия работы подшипников

качения, если они не обладают способностью самоустанавливаться.

Несущая способность валов компрессоров определяется их жесткостью, прочность валов при этом обычно оказывается достаточной, поскольку приведенные напряжения являются ниже допустимых значений.

При расчете вала исходят из следующих предпосылок: ,

вал является свободно опертой балкой на двух опорах, расположенных по середине

коренных шеек;

собственный вес вала не учитывается;

вал рассматривают в положении, когда максимальные усилия действуют в одном из средних цилиндров;

в короткоходовых компрессорах (рис.216, в, г) деформация щек не учитывается. Расчет вала ведут отдельно в плоскостях действия радиальных и тангенциальных сил. Радиальные силы и момент изгибают вал в плоскости кривошипов. Тангенциальные

силы и момент, передаваемый на вал от электродвигателя, изгибают вал в плоскости, перпендикулярной кривошипу.

Вал нагружается силами в соответствии с углом развала между цилиндрами и углом заклинивания кривошипа, при этом используются данные динамического расчета.

Проверку вала на прочность ограничивают упрощенным статическим расчетом, поскольку напряжение и деформации вала оказываются незначительными.

При расчете вала на жесткость действительное значение прогиба определяют путем векторного сложения прогибов, рассчитанных в двух плоскостях.

T_t тангенциальная сила, Н;

R_t радиальная сила, Н;

l_t расстояние точки приложения соответствующей силы от левой опоры

(определяется непосредственно из чертежа), м;

l расстояние между коренными опорами

(определяются непосредственно из чертежа), м;

d_шш диаметр шатунной шейки вала, м;

Е модуль упругости материала вала, Е = (1,75... 2,1)10 МПа;

T_ср средняя тангенциальная сила ,Н;

R радиус кривошипа, м;

[σ]_сл = 200 МПа - для стального вала допустимое напряжение

[y]_z = 10 ^-5 м - для стального вала допустимый прогиб.

Нумерация цилиндров производится, начиная от левой опоры (рис.59). Силы определяют для угла поворота вала а*, при котором максимальное свободное усилие Р_св^мах Действует в одном из средних цилиндров (таблица 17). Угол поворота кривошипа а*, которому соответствуют Р_св^мах, определяют из диаграммы свободных усилий (динамический расчет компрессора).

Во всех цилиндрах силы T_t и R_t определяют из соответствующих диаграмм. Для Максимально нагруженного цилиндра по а*, для остальных - с учетом угла развала между Цилиндрами (таблица 18).

При определенных углах поворота кривошипа из динамического расчета определяют значения T_t и R_t и заносят их в таблицу, присваивая индекс порядкового номера цилиндра, при Этом следует учитывать знак сил. Далее выполняют схематичный чертеж вала (рис.60).

Правило нагружения вала:

для левого колена сила, имеющая положительное значение, направлена от вала (↑);

для правого колена сила, имеющая положительное значение, направлена к валу (↓).

Реакции в опорах определяют как

левая опора

правая опора

Большее из значений А или В далее используют при расчете коренных подшипников.