Расчёт механической прочности стоек

2.2 Расчёт механической прочности стоек

Если принять средние значения:

λ ≈ 2°30";

tg ρ' = f_р ≈ 0,20, отсюда ρ'≈11°18";

d₂ = 12,7•10^–3 м [3];

D ≈ 17d₂ = 21,59•10^–3 м;

d_от ≈ 1,2d₂ = 15,27•10^–3 м;

f_оп ≈ 0,15,

то можно получить значение силы V, которая растягивает болт, при приложении к стандартному гаечному ключу момента M_кл.

Расчет показывает, что при растягивающей нагрузке на нарезную часть стойки, равную 3000 Н, затягивающий момент на гаечном ключе составит

M_кл=3000(((12,7•10^–3)/2)tg(2°30"+11°18")+(0,15/3)((21,59•10^–3)³-(15,27•10^–3)³)

((21,59•10^–3)²-(15,27•10^–3)²))=8,87 Н•м.

Эта величина соответствует среднему применяемому на практике моменту при сборочных операциях в промышленности.

При закрывании двери камеры появляется сила, действующая на перекладину, которая передаётся на стойки, образуя дополнительное напряжение в стойках (рис. 6).

Рисунок 6 - Распределение центрального усилия на боковые стойки

Сила, действующая на каждую стойку равна

F_ст = F_ст0 + F/2 = 3000 +300/2 = 3150 Н

Это напряжение не превышает предельно допустимое напряжение, которое для используемой стали равняется (для резьбы М14) 5,75 кН.

2.3 Расчёт механической прочности двери

После внесения предмета в шлюзовую камеру, производят откачку воздуха и напуск аргона. При откачке в шлюзовой камере создаётся вакуум примерно равный 10^–2 мм рт. ст. При создаваемой разнице давления в камере и атмосферного давления (P_атм=103000 Па) в двери шлюзовой камеры возникают напряжения. В результате этих напряжений дверь прогибается (рис. 7). Используя пакет программ SolidWorks Office Professional 2006, подсчитываем величину прогиба двери, которая составит 0,2 мм, что вполне допустимо для данного материала. Коэффициент запаса прочности равен 2,1.

Рисунок 7 - Прогиб двери шлюзовой камеры в результате разности давлений

3. РАСЧЁТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОТКАЧКИ ПРИ КВАЗИСТАЦИОНАРНОМ ТЕЧЕНИИ ГАЗА

Стационарным течением газа называется такое, когда давление и поток неизменны во времени, а режим течения газа одинаков по всей длине трубопровода [4]. Однако при откачке реальных вакуумных систем довольно часто упомянутые условия стационарного течения не соблюдаются.

Расчет длительности откачки для реальных условий сложен. Для упрощения расчетов определяют длительность откачки для так называемого квазистационарного течения газа. Квазистационарным течением газа называют такое, при котором разность давлений на концах трубопровода мала по сравнению со средним давлением в нем, объем трубопровода значительно меньше объема откачиваемого сосуда, в трубопроводе в каждый момент времени существует только один режим течения газа.

Рисунок 8 - Схема вакуумной системы:

1 - откачиваемый сосуд (шлюзовая камера), 2 – трубопровод, 3 – кран, 4 – манометр, 5 – вакуумный насос

Для определения длительности откачки будем считать, что процесс откачки из сосуда 1 (рис. 8) происходит так медленно, что температура газа в сосуде постоянна и равна температуре стенок сосуда. Tогда за время dt из сосуда 1 объемом V удаляется количество газа, равное S₀•p•dt, где p – меняющееся в процессе откачки давление газа в сосуде 1; S₀ – эффективная быстрота откачки сосуда.

За этот же промежуток времени в объем сосуда 1 поступает с постоянной скоростью количество газа (за счет натекания), равное [4]

Q'_∑dt,

где Q'_∑ - суммарный поток газа, поступающий в сосуд 1 за счет натекания и газовыделения.

Уравнение материального баланса, откачки сосуда имеет вид [4]:

Vdp = Q'_∑dt – S₀pdt,

где V - объем сосуда.

После разделения переменных получим:

dt = dp/(Q'_∑/V – S₀p/V),

откуда в предположении, что Q'_∑ и S₀ при откачке не меняются, получим

t = V/S₀ln((p_нач – Q'_∑/S₀)/(p – Q'_∑/S₀)),

где p_нач - давление в сосуде 1 перед началом откачки.

Для используемого вакуумного насоса (НВР-1Д) быстрота действия S₀ = 1 л/с,

V = 26,4 л, p_нач = 1 атм, p = 10^–2 мм рт. ст., Q'_∑ был принят равным нулю из-за пренебрежимо малого натекания и газовыделения. При данном конечном давлении откачки камеры снижением быстроты действия насоса можно пренебречь (предельное давление откачки насоса составляет 10^–4 мм рт. ст.).

t=26,4/1ln(1,01∙10⁵/1,3)=292,5 с

Данная оценочная длительность откачки (менее 5 минут) вполне приемлема для практического использования.

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Перед использованием шлюзовой камеры надо чётко исполнять правила техники безопасности:

·      Перед тем, как начать откачку воздуха из камеры, нужно убедиться, что обе двери камеры закрыты.

·      Периодически смазывать резиновые уплотнения камеры.

·      Не вносить в камеру лёгкокипящие жидкости в открытой посуде.

·      Вещества вносить только в специальной закрытой посуде, выдерживающей разность давлений, создаваемую при откачке воздуха.

·      Следить за количеством и чистотой масла в вакуумном насосе.

·      Аккуратно закрывать двери камеры, чтобы не нанести себе травмы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполненной работы была сконструирована, рассчитана на прочность и построена шлюзовая камера для внесения приборов, материалов и инструментов в перчаточный бокс, без нарушения чистоты его атмосферы. Шлюзовая камера отвечает всем выше приведённым техническим характеристикам. По результатам механических расчётов самых напряженных узлов камеры можно сделать вывод, что шлюзовая камера будет исправно работать в течение длительного времени. Конструкция и технологические возможности построенной шлюзовой камеры очень близки к зарубежным аналогам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Чернин, И.М. Расчёты деталей машин / И.М. Чернин, А.В. Кузьмин, Г.М. Ицкович. Минск: Вышэйшая школа, 1974. - 592 с.

2.    Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. / под ред. В.И. Анурьева. Москва: Машиностроение, 2001. - Т. 1. - 914 с.

3.    Основы вакуумной техники: учебник для техникумов / А.И. Пипко,

В.Я. Плисковский, Б.И. Королёв, В.И. Кузнецов; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. - 432 с.