Расчет вала ЭЦН на прочность

При нормальной работе вал насоса подвергается, в основном, воздействию крутящего момента, осевой сжимающей нагрузки на верхний торец вала и радиальной нагрузки. Радиальная нагрузка на вал вызывается несоосным расположением валов насоса и протектора и возможной неточностью изготовления шлицевого соединения.

Определим максимальный крутящий момент:

(2.3.10)

Определяем предварительные размеры вала. Для вала выбираем сталь 40Х.

(2.3.11)

По таблице 4.3 [2] выбираем шлицевое соединение 6х14х17.

Определяем радиальную нагрузку:

(2.3.12)

где Е — модуль упругости материала вала, Н/см2;

∆у — стрела прогиба шлицевого конца вала, см; принимается 0,0002 -- 0,0003 от расстояния между опорами или 0,02—0,03 мм;

l₁, — расстояние между центрами крайних подшипников, определяется по чертежу, см;

с — расстояние между нижним подшипником и серединой сочленения муфты и вала, см;

I — осевой момент инерции вала, определяемый по месту проточки под стопорное кольцо, см⁴.

Вторая радиальная нагрузка, действующая на нижнш’1 ко- i,eU вала насоса, возникает вследствие неточное!и изготовле­ния шлицев.

При расчетах обычно принимается, что число шлицев, ьключенных в работу, равно 0,7—0,8 от общего их числа.

(2.3.13)

где d_ср — средний диаметр шлицев;

Пять работающих шлицев дают нагрузку, равную:

(2.3.14)

Наиболее нагруженным является шлицевой конец вала в месте проточки под стопорное кольцо. Изгибающий момент в этом сечении:

(2.3.15)

где b — расстояние от точки приложения силы Р и проточкой под стопорное кольцо.

(2.3.16)

Напряжение изгиба в опасном сечении равно:

Н/см² (2.3.17)

Н/см² (2.3.18)

где Wx — осевой момент сопротивления шлицевого вала в месте проточки под стопорное кольцо:

(2.3.19)

Напряжения кручения:

Н/см² (2.3.20)

Так как валы, в основном, работают в условиях изгиба и кручения, а напряжения от продольных усилий не велики, то эквивалентное напряжение определяется по 4-й теории прочности [6]:

кН/см² (2.3.21)

Запас прочности по пределу текучести должен быть не менее 1,3... 1,4:

(2.3.22)