48630

Расчет статически определимых и статически неопределимых стержневых систем при постоянных и переменных напряжениях

Курсовая

Физика

Во второй части проведен расчет на прочность вала зубчатой передачи: для заданной расчетной схемы вала определены усилия действующие в зацеплении зубчатых колес построены эпюры изгибающих моментов из условия четвертой теории прочности назначен диаметр вала величина которого скорректирована с учетом заданного коэффициента запаса при циклически изменяющихся напряжениях. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ [5] РАСЧЕТ ВАЛА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ [5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА ИЗ УСЛОВИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ [5. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ВАЛА ПРИ ДЕЙСТВИИ...

Русский

2013-12-12

885 KB

10 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Самарский государственный аэрокосмический

университет им. академика С.П. Королева

КАФЕДРА ТЕПЛОТЕХНИКИ

Курсовая работа по термодинамике

«Расчет идеального цикла ГТД»

Вариант №6 

       Выполнил студент группы 2205

       Злобин Андрей Сергеевич    

       Проверил преподаватель

 Копотев Александр                         Александрович

САМАРА 2007


ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время  (час) по заданной высоте Н при температуре  газа перед турбиной.


РЕФЕРАТ

«Расчет статически определимых и статически неопределимых стержневых систем при постоянных и переменных напряжениях»

Курсовая работа по сопротивлению материалов: 37 с., 28 рис., 4 источника.

ПЛОСКАЯ РАМА, СТАТИЧЕСКАЯ НЕОПРЕДЕЛИМОСТЬ, МЕТОД СИЛ, ИНТЕГРАЛ МОРА, УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ, КРУЧЕНИЕ С ИЗГИБОМ, ПРЕДЕЛ ВНОСЛИВОСТИ, КОЭФФИЦИЕНТ  ЗАПАСА ПО УСТАЛОСТИ, КОЭФФИЦИЕНТ  ЗАПАСА ПО ТЕКУЧЕСТИ, ЧАСТОТА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ, ДИАГРАММА ПРЕДЕЛЬНЫХ АМПЛИТУД НАПРЯЖЕНИЙ.

Курсовая работа состоит из трех частей.

В первой части выполнен расчет на прочность статически неопределимой рамы. Для раскрытия статической неопределимости использовался метод сил. Проведена генеральная проверка в новой основной системе, построены эпюры нормальных сил, поперечных сил и изгибающих моментов, определены размеры поперечного сечения рамы, изготовленной из двух швеллеров.

Во второй части проведен расчет на прочность вала зубчатой передачи:

для заданной расчетной схемы вала определены усилия, действующие в зацеплении зубчатых колес, построены эпюры изгибающих моментов, из условия четвертой  теории прочности назначен диаметр вала, величина которого скорректирована с учетом заданного коэффициента запаса при циклически изменяющихся напряжениях.

В третьей части представлен расчет на прочность статически неопределимой балки при колебаниях: раскрыта статическая неопределимость, из условия прочности при изгибе назначен диаметр балки, величина которого уточнена по заданному коэффициенту запаса при действии циклически изменяющихся напряжений.


СОДЕРЖАНИЕ:

Стр.

[1]
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

[2]
РАСЧЕТ СОСТАВА РАБОЧЕГО ТЕЛА

[3] РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОМПРЕССОРЕ ГТД

[4] ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

[4.1]
1. РАСКРЫТИЕ СТАТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛИМОСТИ

[4.2]
2. ГЕНЕРАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА

[4.3]
3. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮР НОРМАЛЬНОЙ СИЛЫ N, ПОПЕРЕЧНОЙ СИЛЫ Q И ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА M

[4.4]
4. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

[5]
РАСЧЕТ ВАЛА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

[5.1]
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА ИЗ УСЛОВИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

[5.2]
2. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ВАЛА ПРИ ДЕЙСТВИИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

[6] РАСЧЕТ БАЛКИ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ

[6.1]
1. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ

[6.1.1]
1.1. РАСКРЫТИЕ СТАТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛИМОСТИ

[6.1.2] 1.2. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

[6.2]
2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

[6.2.1]
2.1. СЕЧЕНИЕ В (КОНЦЕНТРАТОР – ГАЛТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД)

[6.2.2] 2.3. СЕЧЕНИЕ С (КОНЦЕНТРАТОР – ВТУЛКА, НАПРЕССОВАННАЯ НА ВАЛ)

[6.2.3] 2.4. СЕЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛЫ  (СЕЧЕНИЕ С НАИБОЛЬШИМ ЗНАЧЕНИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА)

[6.2.4] 2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

[7]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Высота полета Н, м

2000

Число М

0,6

Время

5

Температура , К

1650

Тяга двигателя R, Н

6500

Международная стандартная атмосфера

Н, м

, К

2000

275,2

79501

1,007

1,73

Состав атмосферы

Н, м

, %

, %

, %

, %

2000

0,7793

0,2079

0,0019

0,0109

Топливо: керосин Т-1

Химическая формула

Содержание серы и влаги, %

0,005

Плотность при 20С

0,775

Теплота сгорания (низшая), кДж/кг

43000


РАСЧЕТ
СОСТАВА РАБОЧЕГО ТЕЛА

Определим изобарную теплоемкость каждого компонента:

Определим удельную газовую постоянную каждого компонента:

Определим изохорную теплоемкость каждого компонента:

Из условия доля каждого компонента в составе атмосферы будут следующими:

Найдем молекулярную массу смеси:

Найдем массовую долю каждого компонента смеси:

Найдем изобарную теплоемкость всей смеси:

Найдем изохорную теплоемкость всей смеси:

Тогда показатель адиабаты будет следующим:

Состав рабочего тела цикла ГТД

Характеристики

Компоненты

28

32

44

18

воздух

прод. сг.

воздух

0,0271

0,0072

0,0001

0,0004

прод. сг.

воздух

прод. сг.

воздух

0,7793

0,2079

0,0019

0,0109

прод. сг.

Характеристики рабочего тела цикла ГТД

Рабочее

тело

Характеристики

Воздух

289,159

1,399

1

Прод. сг.

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОМПРЕССОРЕ ГТД

Для заданного числа М  полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД – наибольшая. Обычно решение сводится к отысканию максимума функции .

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении , равном  

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной. Для расчета примем соотношение  для заданного вида топлива:

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:


1. РАСКРЫТИЕ СТАТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛИМОСТИ

Выберем основную и эквивалентную системы:

Составим канонические уравнения:

Эпюра от активных сил:

1ый участок:

2ой участок:

3ий участок:


Эпюра от первой единичной силы

1ый участок:

2ой участок:

3ий участок:

Эпюра от второй единичной силы

1ый участок:

2ой участок:

3ий участок:

Найдем перемещения:

Получим следующую систему уравнений:

Решая ее, получаем:

Находим реакции в заделке А:


2. ГЕНЕРАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА

Выбираем новую основную и  новую эквивалентную системы:

Активные силы:

Определение реакций в опорах:

Построение эпюры изгибающего момента:


«Лишние неизвестные»:

Определение реакций в опорах:

Построение эпюры изгибающего момента:

Единичная сила по направлению первого «лишнего неизвестного»:

Определение реакций в опорах:

Построение эпюры изгибающего момента:


Единичная сила по направлению второго «лишнего неизвестного»:

Определение реакций в опорах:

Построение эпюры изгибающего момента:

Найдем перемещения в направлении первого «лишнего неизвестного»:


Найдем перемещения в направлении второго «лишнего неизвестного»:

Вывод: лишние неизвестные найдены верно.


3. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮР НОРМАЛЬНОЙ СИЛЫ N, ПОПЕРЕЧНОЙ СИЛЫ Q И ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА M

Построение эпюры нормальной силы N:

Построение эпюры поперечной силы Q:

Построение эпюры изгибающего момента M:


4. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Подбираем поперечное сечение в виде двух швеллеров из условия прочности при изгибе:

Так как ось Ox составного сечения совпадает с главными центральными осями Ox каждого швеллера, входящего в сечение, то момент инерции относительно оси Ox всего составного сечения будет равен сумме главных центральных моментов относительно оси Ox швеллеров, составляющих сечение.

Отсюда получаем условие прочности при изгибе для нашего сечения:

Этому условию удовлетворяет швеллер №16:

Проверяем полное условие прочности для рамы:

Условие прочности выполняется.


РАСЧЕТ ВАЛА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:


рис. 1


рис. 2

рис. 3


1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА ИЗ УСЛОВИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

Используя исходные данные, изображаем в масштабе схему зубчатой передачи (рис. 1). Показываем усилия F12 и F43, действующие на зубчатые колеса 2 и 3 вала АВ .

Изображаем отдельно вал АВ с зубчатыми колесами 2 и 3 и действующими на них силами (рис. 2).

Изображаем расчетную схему вала (рис. 3), перенося усилия F12 и F43 на ось вала, раскладывая их на вертикальные и горизонтальные составляющие и добавляя моменты m2 и m3.   

Определим по мощности и числу оборотов моменты, действующие на вал:

где

тогда .

Определим усилия, действующие на вал, и их проекции в горизонтальной и вертикальной плоскостях:

Строим эпюры изгибающих моментов МГ, МВ от сил, действующих в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а так же эпюры суммарных изгибающих моментов МИ, крутящего момента МК, и эквивалентных моментов МэквIV (рис. 4).

Определим диаметр вала в первом приближении из условия статической прочности при изгибе с кручением, используя заниженное допустимое напряжение:

где

Тогда

Принимаем ближайшее стандартное значение d = 52 мм.


рис. 4


2. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ВАЛА ПРИ ДЕЙСТВИИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Фактически напряжения во вращающемся вале изменяются циклически . Поэтому проверим сопротивление вала усталости, учитывая, что необходимый коэффициент запаса . Подсчитываем коэффициенты запаса вала по текучести

и усталости

,

где

– предел текучести;

– парциальный коэффициент запаса по нормальным напряжениям;

– парциальный коэффициент запаса по касательным напряжениям.

В опасных сечениях вала парциальные коэффициенты вычисляются по формулам:

где

– пределы выносливости материала при симметричном цикле изгиба и кручения;

– эффективные коэффициенты концентрации;

– коэффициент влияния абсолютных размеров;

– коэффициент влияния состояния поверхности;

– параметры цикла напряжений.

Опасными являются те сечения вала, где имеются концентраторы напряжений или наибольший эквивалентный момент. В нашем случае опасными являются сечения Е и С.

Подсчитаем коэффициенты запаса в сечении Е (концентратор – напрессованное кольцо подшипника). Определим напряжения в опасной точке сечения, учитывая, что нормальные напряжения изменяются по симметричному закону, а касательные напряжения постоянны:

Тогда

Из справочных данных найдем значения остальных величин, входящих в формулы для коэффициентов запаса:

Для валов с напрессованными деталями

где – отношение коэффициентов при  , .

 

.

Находим коэффициенты запаса:

Подсчитаем коэффициенты запаса в сечении С (концентратор – шпоночный паз).

Из справочных данных:

Тогда

Для вала со шпоночным пазом:

Находим коэффициенты запаса:

Коэффициент запаса вала, равный наименьшему из четырех найденных значений, n = 1.08, ниже заданного, поэтому диаметр вала необходимо увеличить и повторить расчет для наиболее опасного сечения C. Для второго приближения диаметр вала ориентировочно подсчитываем по формуле  

,

где d1 = 52 мм, n = 0.92.

Принимаем ближайшее стандартное значение d =60 мм.

Подсчитаем коэффициенты запаса в сечении С (концентратор – шпоночный паз).

Из справочных данных:

Тогда

Для вала со шпоночным пазом:

Находим коэффициенты запаса:

Коэффициент запаса вала, равный наименьшему из пересчитанных значений, , попадет в заданный диапазон 1.4…1.6.

Отсюда, принимаем значение диаметра вала для нашей передачи равным 58 мм.

 


РАСЧЕТ БАЛКИ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

 


1. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ


1.1. РАСКРЫТИЕ СТАТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛИМОСТИ


Составим каноническое уравнение:

1.2. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

а)

 

б)

 

Из двух полученных пар диаметров выбираем наибольшую (в нашем случае это первая пара).


2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

Фактические напряжения в балке при колебаниях изменяются циклически, поэтому проверим сопротивление балки усталости, для этого подчитаем коэффициенты запаса  и  в опасных сечениях балки.

– коэффициент усиления колебаний,

– коэффициент демпфирования,

– круговая частота собственных колебаний балки с грузом ,

– частота колебаний вынуждающей силы.

В данном расчете можно считать, что

– перемещение сечения А от статического действия силы веса груза в направлении колебаний.  

Определим  способом Верещагина:

Тогда:


2.1. СЕЧЕНИЕ В (КОНЦЕНТРАТОР – ГАЛТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД)

(, , )

(, )

(, шлифовка)

(, изгиб)

2.3. СЕЧЕНИЕ С (КОНЦЕНТРАТОР – ВТУЛКА, НАПРЕССОВАННАЯ НА ВАЛ)

(, передается усилие)

()

()

(, шлифовка)

(, изгиб)

2.4. СЕЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛЫ  (СЕЧЕНИЕ С НАИБОЛЬШИМ ЗНАЧЕНИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА)

(концентраторов нет)

(, )

(, шлифовка)

(, изгиб)

Очевидно, что самым опасным сечением является сечение, в котором приложена сила. Наименьший коэффициент запаса . Данный коэффициент не попадает в заданный диапазон.

Делаем вторую попытку: примем .

Тогда:

(концентраторов нет)

(, )

(, шлифовка)

(, изгиб)

Наименьший коэффициент запаса . Данный коэффициент попадает в заданный диапазон.

2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Построим схематизированную диаграмму предельных амплитуд цикла напряжений вала, учитывая, что:


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, – М.: Наука,   1979. –  560 с.
  2.  Кольцун Ю.И., Лежин С.М., Филатов А.П., Шадрин В.К. Справочные данные к расчетно-курсовым работам по сопротивлению материалов. Ч.1. Ч.2.  – Самара: СГАУ, 1998.
  3.  Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. 480 с.
  4.  Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев  В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Виша школа, 1986. 775 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52947. Развитие стереометрического воображения на начальном этапе обучения 310.5 KB
  Основная задача факультатива: расширить пространственные представления учащихся, развивать умения выполнять чертежи, развивать логическое мышление учащихся 5-6 классов
52948. London Virtual Tour. The Places of Interest in London 300.5 KB
  T.: The theme of our lesson is “Virtual tour about London”. Today we’ll speak about sightseeing in London. We’ll learn some new facts about London, places of its interest by reading, speaking, listening, watching the presentation of your classmates, where some of you will be guides; we’ll do quiz and tests.
52949. Англійська мова з «Family and Friends» - весело і цікаво! 94 KB
  Як мені здається, ми ще не мали такого підручника, який би так ефективно і ефектно поєднував методику навчання англйської мови її носіїв і методику навчання мови як іноземної. А сам вчитель вперше отримав повне методичне забезпечення: не лише класичний комплект (Class Book, Workbook) та книжку для вчителя, а й повний дедактичний комплект.
52950. Being a Personality 281 KB
  Good morning pupils! I’m glad to see you at our lesson. I want to announce that we are going to speak about family relations today. I want you to accumulate a better vision of the subject that seems to be so trivial at first sight. Really, what can be said about a family? But we are to remember that it is a very complicated phenomenon. It’s worth investigating and that is what we are going to do today.
52951. My family and friends 28 KB
  A to repeat and to actualize lexics on the given topic, to prove grammar material (Past Simple Tense),to learn to put general and special question and answer them B to develop communicative and reading skills, to practice in speaking C to develop ability to form your own point of view D to bring up politeness in intercourse
52952. Famous People of the World. William Shakespeare 30 KB
  T: Look at the blackboard. You can see a portrait of a famous man. Do you know who he is? P: He is W. Shakespeare. T: You are right. Today we will speak about one of the famous people of the world- William Shakespeare, his life and work, his role in English literature. I hope you’ll learn many interesting things about this poet.
52953. Life of a Society. Famous people of the USA 48.5 KB
  Today we start learning a new theme “Life of a Society. Famous people of the USA”. While learning this theme you’ll extend your imagination about some famous people of the USA, there deeds, inventions, interests. You’ll learn how there deeds and ideas have changed life of a society, and have made and still are making history. You’ll extend your vocabulary and broaden your world outlook, practise skills of making simple projects. And I hope, you’ll enjoy English.