Расчетная часть-Расчет моментомера гидравлического ключа ГК-1200 -Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Расчет пружины

Пружина будет рассчитываться для максимального значения давления в гидросистеме. Условия работы – циклическое нагружение. Выбираем диаметр поршня D0 равный 10мм. Пользуясь таблицей 1, убеждаемся, что при заданных параметрах работы пружину следует отнести к III классу, 2 – го разряда. Максимальная сила действующая на пружину F1

(4.1)

где Р = 20∙106 – максимальное давление в гидросистеме, Па;
S = 78,5∙10-6 – площадь поршня, м2;
; (4.2)
;

(4.3)
где F2 – сила пружины при максимальной деформации, Н;
δ = 0,4 – относительный инерционный зазор пружины сжатия, выбираемый по таблице 10 [8].


По таблице 17 [8] выбираем пружину сжатия номер 118 ГОСТ 13775 – 86. Материал пружины Сталь 65С2ВА ГОСТ 14963-79.
Данные по пружине сжатия номер 118 ГОСТ 13775 – 86 приведены ниже.

Наружный диаметр D1 ............................................................45мм
Диаметр проволоки d ............................................................6мм
Максимальное касательное напряжение пружины [τ3] ...................1463 МПа
Жесткость пружины C .......................................................85,640 H/мм

Проверочный расчет пружины на максимальное касательное напряжение τ3 [8]
, (4.4)

где τ3 – касательное напряжение пружины, Па;
D = 41∙10-3 – средний диаметр пружины, м;
К = 1,219 – коэффициент;
с = 6,8 – коэффициент;
; (4.5)
; (4.6)
; (4.7)
;
; Действующие значение напряжения τ3 меньше максимального касательного напряжение пружины [τ3], следовательно условие прочности выполняется.

; 4.2 Расчет измерительной части моментомера

В измерительной части моментомера используется зубчатая передача. При деформации пружины шток перемещается вверх, при этом зубья, нарезанные на конце штока, приводят во вращение шестерню. На шестерни с эксицинтриситетом установлено водило. Водило имеет внутреннюю резьбу для винта, с помощью которого крепится стрелка. Начальный угол наклона стрелки к горизонтальной оси шестерни составляет ноль градусов. Исходя из условия, что для удобства осуществления визуального контакта размах стрелки от нулевого положения до максимального должен составлять 1200 рассчитываем делительный диаметр шестерни.
Максимальная деформация пружины Х
(4.8)

Длинна дуги L в зависимости от угла поворота n0 определяется по формуле

(4.9)

Так как путь пройденный штоком вверх равен длине окружности и при максимальной деформации пружины Х угол поворота равен 1200, определим необходимый делительный радиус шестерни R исходя из формулы (4.9)

Округляем рассчитанный делительный радиус до стандартного значения, равного 9мм, и рассчитываем шестерню, учитывая что модуль зубьев m = 2 .
Количество зубьев z

(4.10)
Шаг зубьев по делительному диаметру P

(4.11)
Необходимое количество зубьев рейки штока z1
(4.12)
Минимальная длина рейки штока L1
(4.13)


Угол поворота водила относительно горизонтальной оси шестерни пропорционален давлению подаваемому в гидромотор, поэтому тарировка шкалы моментомера будет осуществляться с помощью формул (4.1), (4.8), (4.14) и теоретического чертежа ГК.04.00.000 ТЧ

(4.14)

Результаты расчета сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты расчета
Рi ,
МПа Fi,
Н Хi,
мм n0i,
градус Значение момента,
Н∙м
    при управлении двумя секциями гидромотора при управлении большей секцией гидромотора при управлении меньшей секцией гидромотора


Шкала разбивается следующим способом – откладывается от горизонтальной оси шестерни угол n0i и пишется соответствующее этому режиму работы гидроключа значение момента в соответствии с таблицей 4.1. Пример приведен на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 – Пример тарировки шкалы

4.3 Расчет кинематики гидроключа

Расчет кинематики гидроключа будет заключаться в расчете передаточного отношения редуктора uШ8,РТ1, предназначенного для передачи вращающего момента от вала гидромотора до ротора. Принципиальная кинематическая схема редуктора показана на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 – Принципиальная кинематическая схема редуктора

Ш1, Ш2 – шестерня (z = 28); Ш3 – шестерня (z = 28); Ш4 – шестерня (z = 18); Ш5...Ш7 – шестерня (z = 21); Ш8 – шестерня (выходной вал гидромотора z = 12); СТ – статор (z = 54); РТ1 – ротор (z = 108);
РТ2 – обойма (z = 26).

Шестерни Ш8, Ш5...Ш7 и статор СТ составляют планетарную передачу. Передаточное отношение рассчитывается по формуле [9]

, (4.15)

где zb – количество зубьев статора;
zа – количество зубьев входного вала;

;

Передаточное отношение прямозубой цилиндрической передачи ui,j рассчитывается по формуле

, (4.16 )

где zi – количество зубьев ведомой шестерни;
zj – количество зубьев ведущей шестерни.

Передаточное отношение uРТ2,Ш3



Передаточное отношение uШ4,Ш1



Передаточное отношение uШ1,РТ1



Общее передаточное отношение редуктора uШ8,РТ1

uШ8,РТ1 = ∙uРТ2,Ш3∙uШ4,Ш1∙ uШ1,РТ1; (4.17)
uШ8,РТ1 = 5.5 ∙1.08 ∙1.55∙ 3.86 = 35.54;


4.4 Расчет на прочность нагруженных частей моментомера

Рассчитаем на прочность цилиндр. Расчет будет производится по формуле расчета толстостенных труб на внутреннее давление [10]. Максимальное тангенсальное напряжение, действующее по телу цилиндра

, (4.18)

где r1 = 7∙10-3 – внутренний радиус, м;
r2 = 18∙10-3 – наружный радиус, м;



Допускаемое напряжение [ ]

[ ] = к∙ , (4.19)

где = 300 – придел текучести для Сталь 40Л ГОСТ 977-75, МПа;
к = 0,77 – коэффициент запаса.

[ ] = 0.77∙300 = 231МПа;

Проверка на прочность

= 7МПа < 231 МПа = [ ] – условие прочности выполняется.