Расчет основного узла крепления (цапфы) ТВД

 

3.1 Исходные данные:

- мощность двигателя на взлетном режиме: Ne = 1875 кВт;

- максимальная частота вращения свободной турбины:
n _max = 15920 мин^–1;

- габаритные размеры двигателя: длина L = 2860 мм; ширина
S = 887,14 мм; высота Н = 1209,5 мм;

- материал - сталь 30ХГСА;

- допустимое нормальное напряжение [s] = 400 МПа;

- допустимое касательное напряжение [t_ср] = 240 МПа;

- масса двигателя m = 570 кГ (включая редуктор и валопровод);

- на схеме 1 обозначенные: а = 421,07 мм; t = 22,5 мм (получено по замеру на двигателе)

Рис. 1. Схема крепления двигателя

3.2 Силы, действующие на основную опору в т. А (см. рис. 1)

Нагрузка от действия крутящего момента М _кр:

Н;

 

мм.

Часть сил от веса двигателя G _дв. Для упрощения расчетов и уменьшения вероятности неразрушения цапфы принимаем:

Н.

Тогда в точке А эта нагрузка будет определяться как:

Н.

Нагрузки, которые вызывает действие тяги воздушного винта:

Н,

где N_e – мощность двигателя на взлетном режиме, Вт; h_вв – КПД воздушного винта (принимаем равным 0,85); V – скорость на взлетном режиме, м/с.

Расчет диаметра основного узла крепления

На цапфу действует следующее напряжение:

,

где – расчетный момент изгиба в опасном сечении цапфы (в месте перехода цилиндрической поверхности цапфы в коническую).

;

М _изг получим, приложив к узлу крепления максимальный вектор от действия веса, тяги и крутящего момента воздушного винта (см. рис. 1).

Н×м,

где n ^е – коэффициент эксплуатационной перегрузки, для гражданских ВС принимаем равным 5; f – коэффициент безопасности для ответственных элементов крепления, для турбовинтовых двигателей f = 2,0.

Тогда Н×м.

Статический момент сопротивления круглого сечения определим по формуле:

;

Отсюда следует, что диаметр цапфы основного узла крепления:

м.

Для большей надежности узла крепления принимаем: d = 0,0523 м.

Проверка условий прочности узла при работе на изгиб

Напряжения, которые возникает от действия изгибающего момента (см. пункт 3.3):

.

Найдем статический момент сопротивления круглого сечения узла крепления:

м³.

Тогда Па = 265 МПа.

Коэффициент запаса прочности при изгибании:

.

Проверка условий прочности узла при работе на смятие

Напряжения, которые возникает от сил веса и тяги, а также действия крутящего момента воздушного винта:

МПа,

где – расчетная нагрузка от действия веса, тяги и крутящего момента воздушного винта (см. схему 1 и пункт 3); А – площадь поверхности узла крепления, которое работает на смятие:

м².

Коэффициент запаса прочности при смятии:

.

Проверка условий прочности узла при работе на срез

Напряжения, которые возникает от сил веса и тяги, а также действия крутящего момента воздушного винта:

,

где – расчетная нагрузка от действия веса, тяги и крутящего момента воздушного винта (см. схему 1 и пункт 3); F – площадь поперечного сечения цилиндрической цапфы:

м²;

МПа.

Коэффициент запаса прочности при работе на срез:

.

Выводы

При определении запаса прочности основного узла крепления (цапфы) были получены следующие коэффициенты:

- коэффициент запаса прочности при изгибе: ;

- коэффициент запаса прочности при смятии: ;

- коэффициент запаса прочности при работе на срез: .

По требованиям безопасности и надежности полета, наиболее ответст-венные узлы крепления должны иметь коэффициенты запаса прочности не меньше 1,5 (наиболее оптимальные границы составляют 1,5-2,5).

В результате проведенного расчета наименьший полученный коэффициент запаса прочности составляет 1,51 (это коэффициент запаса прочности при изгибе: k _изг).

Итак, основной узел отвечает требуемым запасам прочности, а это значит, что крепление двигателя - надежное и безопасное.