Выбор и расчет конструктивных параметров устройства

 

Целью выбора конструктивных параметров устройства является обеспечение его работоспособности в заданном интервале изменений внешних условий (перепада давления, расход), заданную точность стабилизации и необходимое быстродействие. При этом устройство должно иметь минимальные габаритные размеры и массу (особенно плунжера).

Исходя из перепадов давления на регуляторе и конструктивных соображений зададимся диаметром плунжера [3, стр. 12]  = 28 мм.

Зададимся зазором по посадке движения [2, стр. 350] мм.

Зададимся диаметром буртика плунжера  [3, стр. 12].

 =  + 2 толщины стенки корпуса (2 мм) + 2 диаметра проволоки пружины (3 мм) + 2 мм запаса,

 

мм,

 

Принимаем =40 мм.

. Вычислим значение площади щелей , по которым вода может поступать из пружинной полости на выход регулятора:

 

 (2.1)

 мм2

 

. Зададимся площадью сечения канала перетока управляющего расхода [3, с. 13]:

 

 (2.2)

 

где  = 1…4 - коэффициент, принимаем =4,

 

мм2

 

. Определим требуемый диаметр трубопровода канала управления [3, с. 13]:

, (2.3)

мм

 

. Найдём коэффициент Ку min [3, с. 13]:

 

, (2.4)

.

 

Вычислим минимальную эффективную площадь плунжера [3, с. 13]:

 

 (2.5)

 

где  - площадь плунжера, мм2

 - площадь буртика плунжера мм2,

 

,

,

.

 

. Найдём минимальную нагрузку на пружину  [3, с. 13]:

 

 

 

. Найдём требуемое максимальное, минимальное и номинальное значение площадей дросселирующих профилированных окон [3, с. 13]:

 

, (2.7)

 

где  - коэффициент расхода, ;

 

 

 

Рассчитаем величины отношений

 

 

Из конструктивных соображении сдаёмся минимальной затяжкой пружины, соответствующей крайне левому положению плунжера:

 

.

 

. Найдём  - сжатие пружины при номинальных значениях расхода и перепада давлений:

 

 (2.8)

 

где m - показатель статизма, m=0,01,

 

 

9. Найден  - требуемое максимальное сжатие пружины [3, с. 13].

 

(2.9)

,

 

. Вычислим требуемую жёсткость пружины Стр [3, с. 13]:

 

,

.

 

. Определим требуемую максимальную нагрузку, которую должна выдерживать пружина  [3, с. 13].

 

,

.

 

Примем

Из конструктивных соображений и исходя из выбранных  и  выбираем средний диаметр пружины:

 

, .

 

Примем =36 мм, т.к. при конструировании будет необходим зазор.

. Выбираем материал проволоки пружины [4, с.180]:

проволока класса II по ГОСТ 14959-79 сталь 60С2А, для которой:

предел прочности при растяжении [sв] = 8700 кгс/мм2,

предел прочности при кручении [tкр] = 99 кгс/мм2.

Рассчитаем диаметр проволоки пружины [3, с. 13]:

 

 

 

где К - коэффициент, К=(1.1 - 1.2) =1.1,

 

мм,

 

Принимаем мм

.Определим рабочее число витков пружины [3, с. 13]:

 

 

 

Принимаем число рабочих витков n = 3.5.

. Найдем фактическое значение жесткости пружины С:

 

 (2.15)

 кгс/мм

 

Найдем допустимую нагрузку на пружину

 

 

кгс

 - удовлетворяет ограничению.

 

. Вычислим максимальную суммарную ширину профилированных отверстий. Для этого зададимся  - минимальным расстоянием между профилированными окнами по боковой поверхности плунжера:

 

 

Вычислим номинальные значения эффективной площади

 

,

 

 

Найдем коэффициент :

 

 

 - удовлетворяет условию.

Найдем площадь управляющего канала:

 

 

Найдем номинальное значение перепада давления в управляющем канале:

 

 

Найдем номинальное значение расхода через управляющий канал:

 

 

 

 

Найдем расход через профилированные отверстия:

дрном = Qмном - Qуном

 

. Найдем требуемое значение показателя статизма:

 

 (2.25)

 

где - коэффициент, ,

 

 

19. Определим суммарную ширину профилированных отверстий и рассчитаем несколько значений X, по которым построим контур профилированных окон

` = H/ Hном (2.26)

 (2.27)

 

Высота окна, Н, мм	Ширина окна, X, мм
Н =1.3	Х =-8.26
Н =4.756	Х =-1.155
Н =8.211	Х =-0.504
Н=11.667	X =-0.296
Н=15.122	X =-0.2
Н=18.578	X =-0.146
Н=22.034	X =-0.113
Н=25.489	X =-0.09
Н=28.945	X =-0.075
Н=32.4	Х =-0.063

 

Выберем длину плунжера исходя из условия [3, с. 15]:

 

 (2.28)

 

Пусть длина плунжера будет 72 мм.

В качестве материала плунжера выберем сплав на основе алюминия В95 - 02 плотностью  = 2850 кг/м3.

Найдём массу плунжера:

 

20. Определение габаритных размеров пружины [4, с.202]:

 

 

 

(2.33)

 

 

 

,