Шлюзовое загрузочное устройство с вакуумным шаровым затвором

Shlyuzovoe_zagruzochnoe_ustroystvo.pdf

Разраб. Бриткина В.С.
Шлюзовое загрузочное
Прокладка для фланца 3
Шайба 12.20.III.4.026
Взам.инв. № Инв.№ дубл.

Курсовой проект.pdf

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Национальный Исследовательский ядерный университет "МИФИ
7 Лаборатория “Функциональная электрофизическая диагностика
и неразрушающий контроль”.
Устройство загрузочное шлюзовое
студентка группы С18-101
Устройство загрузочное
Задание на проектирование 2
Техническое задание 4
Расчет механизма на избыточные свзязи 8
Матрица выбора затвора 9
Список использованной литературы 26
Задание на проектирование
1 Цель работы: требуется разработать вакуумное шлюзовое загрузочное
устройство с шаровым затвором для перемещения образца из помещения с
нормальным давлением и обратно.
2 Основанием для разработки является курсовой проект по КПУ и САПР задание 9
3 Установка должна обладать следующими свойствами:
4 Структура устройства должна быть блочной
5 Шлюзовое устройство должно представлять совокупность узлов: загрузочного
перекрывающего шарового затвора и вакуумной рабочей камеры. Устройство должно
быть блочным для обеспечения возможности замены и ремонта его частей.
6 Привод устройства подачи образца: электромеханический с дублирующим
7 Тип производства: мелкосерийный
8 Технические требования:
8.1 Давление в рабочей камере 5 мПа
8.2 Размер образца 3х10мм.
8.3 Диаметр условного прохода 15 мм.
8.5 Скорость перемещения образца 002 мс
8.4 Время открытиязакрытия затвора 3с.
1 Наименование и область применения
Вакуумное шлюзовое загрузочное устройство с шаровым затвором
1.2 Область применения
Устройство применяется
для напыления материалов функциональными
(коррозионностойкими
практически во всех областях промышленнности. Напыление происходит
таким образом что образец помещается в вакуумную камеру из нормального
атмосферного давления частицы испаренного вещества вылетающие с
большой энергией из испаряющегося вещества практически не теряют
энергию в вакууме и конденсируются на образце образуя тонкую пленку.
2 Основания для разработки
2.1 Основанием для разработки является курсовой проект по САПР
задание 9 вариант 2.
3.1 Целью работы является создание работоспособного вакуумного
шлюзового загрузочного устройства с высокими показателями качества
на производство и эксплуатацию.
отвечающего техническим требованиям и требующее минимальных затрат.
арматуре и курсовым проектам консультации и семинарские занятия
4 Источники разработки
4.1 Основными источниками являются литература по трубопроводной
рекомендации преподавателя собственные идеи.
5.1 Требования к конструкции
Затвор должен обладать следующими свойствами:
5.1.1 герметичность при атмосферном давлении 1015 кПа и температуре
5.1.2 допуск возможности осмотра уплотнений и быстрой замены рабочих
5.1.3 обладание достаточным быстродействием
5.1.4 допуск автоматического управления;
5.1.5 Минимальные габариты и масса;
5.1.6 минимальные усилия для перемещения подвижных элементов;
5.1.8 простота изготовления и использования;
5.1.9 Малая величина газовыделения;
5.1.10 большая проводимость в открытом положении;
5.1.11 простота очищения.
5.2.3 Тип вакуумного затвора: шаровой.
5.2.5 Время открытиязакрытия: 3 сек.
5.2.7 Тип уплотнения шара: уплотнительные седла из фторопаласта- 4.
5.2.1 Давление в рабочей камере: 5 мПа.
5.2 Технические характеристики устройства
5.2.2 Размер образца: 3×10 мм.
5.2.4 Диаметр условного прохода: 15 мм.
5.2.6 Скорость перемещения образца: 0.02 мсек
5.2.8 Уплотнение штока - сальниковое уплотнение с набивкой из колец
5.2.9 Материал межфланцевых уплотнений и уплотнения крышки и корпуса: резина
5.2.10 Материал шара корпуса затвора трубопровода и прочих элементов: сталь
5.2.11 Материал шестерни: сталь 40х твердости 269..302НВ с термообработкой
5.2.12 Матриал рейки: сталь 40Х твердости 235..262HB с термообработкой
5.2.13 Устройство имеет блочную конструкцию.
5.2.14 Максимальная температура среды эксплуатации: 20° С.
5.2.15 Давление окружающей среды: до 0.1 МПа.
6.2.16 Установочное положение: горизонтальное
5.2.17 Привод шарового затвора: шаговый двигатель AD-200.
5.2.18 Привод подочи образца: мотор-планетарный мотор редуктор МРП-32Mс
электродвигателем 12В
5.2.19 Типы соединения частей трубопровода фланцевый с и штуцерный.
5.2.20 Штуцерное соединение патрубка рабочей камеры и трубопровода
герметизируется герметиком с наружной стороны.
5.2.21 Должен быть предусмотрен контроль давления в рабочей камере с помощью
5.2.22 Мероприятия технического обслуживания:
При обслуживании данного устройства проводятся такие мероприятия как:
проверка легкости поворачивания шарового затвора проверка плотности крышки и
затяжки болтов фланцевых соединений замена уплотнений и затяжка болтов при
обнаружении протечки воздуха.
6.1 Ознакомление с заданием на проектирование;
6.2 Анализ технических требований к изделелию подбор необходимой литературы
и учет рекомендаций преподавателя;
6.3 Составление расширенного технического задания и технических требований;
6.4 Анализ существующих коннструкторских решений;
6.5 Составление матрицы выбора решения и его обоснование;
6.6 составление схемы изделия;
проверка шарового затвора на самоустанавливаемость;
изображение всей конструкции на бумаге.
прооведение необходимых расчетов на прочность герметичность а также расчет
Потроение составленной конструкции в t-flex.
Вычерчивание чертежа общего вида и рабочих чертежей 2 отдельных деталей в
Составление расширенного технического технического задания;
6.7 Оформление пояснительной записки;
6.8 Составление доклада для защиты;
7 Порядок контроля и приемки:
Конструкторская и технологическая документация должны соответствовать
существующим государственным нормативным требованиям. Сдача проходит в
виде защиты курсового проекта.
Расчет шарового затвора на избыточные связи
Шток - корпус - пара V класса
Кинематические пары в механизме:
Число подвижных звеньев n=2. Число степеней свободы механизма W=1. Тогда
Шар - уплотнительные седла - пара III класса
Шток - шар - пара V класса
по формуле Малышева число избыточных связей равно:
q=W-6*n+5Pv+1PIII=1- 12+5*2+1=0. Значит избыточных связей нет и механизм
самоустанавливающийся.
Матрица выбора привода затвора
Тарельчаытй Шиберный
Таким образом шаровой затвор по выбранным
параметрам качества превосходит аналоги более чем на 20%.
1 Рачет стенки трубы.
Dвн =15>0.05 значит труба толстенная. Провожу соответсвующий расчет для
По энергетической теории прочности
доп-1.73P где доп - допускаемое напряжени естали на растяжение
В результате усреднения тангенциального и радицального напряжений по
толщине стенки получаю формулу для приведенного напряжения
Отсюда толщина стенки
s=230 доп-P+c=230*200*10 6Па-101300Па +775*10 мкмг*30 лет=(3 03) мм
Скорость коррозии для стали с содержанием углерода 04% кремния -0.3%
марганца-0.6% хрома - 1% и фосфора - 0035% оценивается как 755мкмгод.
Максимальное отклонение толщины трубы от номинальной составляет 12% по
2 Расчет диаметра уплотняющего седла для шара
Возьму средний диаметр седла Dr=11 мм толщиной b=3мм.
Проверочный расчет седла на прочность
Среднее усилие действующее на уплотняющее седло при при закрытом положении
Условие прочности уплотнительного седла:
Отсюда условие для среднего диаметра седла:
где [P] =200кгссм - допускаемое давление на седло
Dк=11 мм 4 м - условие прочности выполнено.
3 Расчет диаметра и момента штока
Mk=Mc+Mш где Mc - момент сил трения действующих на шток со стороны
сальникового уплоотнения Mш - момент сил трения действубщих на шар со
стороны уплотнительных седел
(R2+sin2α)dα= 2(sin+ kcos) =с учетом применяемых в шаровом
затворе герметизирующих соотношений=19 кRкP=19*01* 8 *101300=11 н*м
Условие прочности штока:
маx=Wp= d3 []=90*10 6 Па - допускаемое напряжение при кручении для стали 40Х
Возьму шток диаметром 8 мм.
Расчет момента сил тения действующих на шток со
стороны сальникового уплотнения:
В качестве материала для сальниковой набивки в воздухе
при температуре 20С и предельном давлении 1013 МПа
подходят резиновые кольца и манжета.
набивки H=6 мм и толщину набивки В=6мм
Pтр=Fq=dHq=*8*10 *6*10 *0.1*10 =15 н q=01*10 Па
- удельная сила трения в сальнике
Момент сил трения Mтр=Pтр*2=0.06 н*м
Проверочный расчет диаметра штока:
d=8мм 4мм значит услоивие прочности штока выполнено.
4 Подбор двигателя для привода шарового затвора
Возьму двигатель такой чтобы момент подаваемый на вал был больше момента
сил трения. Подходит коллекторный двигатель постояннного тока ДП700.
Проверочный расчет на прочность вала:
Условие прочности выполнено.
5 Расчет квадратного сечения штока
Момент допускаемый квадратным отверстием шара из условия смятия:
Mсм=0.12*k*l см*[см]b где k=0.8a lсм=0.3a
Отсюда Mсм=0.12*а *b*[ см]
Оптимальный размер сечения определю из условия равнопрочности на смятие и
12*а *b*[ см]=0.208*а [кр]
Возьму квадратное сечение хвостовика штока 8х8мм
6 Расчет усилия затяжки сальникового уплотнения
Для данных p=101.3 кПа и T=20 C подходит резина (диапазон рабочих температур
-140 C и предельное давление 50МПа).
Для резины резины соотношениемежду осевым давлением Py радиальным давлением
Px в сальнике выполнено соотношение:
и для коэффициента трения между набивкой и крышкой 2 и между набивкой и
штоком 1: соотношение:
Условие равновесия элемента набивки:
(D+d c)Pxdy=- 4(D -dc )dPy
Отсюда Py =-5(D-d c)
Условие герметичности уплотнения:
Тогда давление необходимое для затяжки сальника:
Pc=P y(y=0)=5*P раб*e
Усилие затяжки сальника:
Qc= 4(D -dc )Pс=139н
7 Расчет реечной передачи
7.1 Шестерня - сталь 40х твердости 269 302HB с термообработкой улчшение D
Рейка - сталь 40х твердости 235 262 с термообработкой улчшение Dпред=200мм
7.2 Расчет шестерни и рейки на контактную прочность
Формула Герца для наибольшего контактного напряжения в зоне зацепления:
q= lΣ =Кнα*Кн*Кнv*КнА*cosα wlΣ - номинальная
контактной линии зуба
Преобразовав формулу получаю
Определю коэффициенты:
для прямозубой передачи Z=0.9;
ZМ=275 для всех сталей;
KНα=1 для прямозубчатой передачи;
KНv=1.2 для стали с Н 350HB и v 15 мc.
KН=1 так как передача прирабатывающаяся;
KНА=1 так как двигатель равномерный
Заменю: b=a*aw d1= u+1 Ft= d1
аw (ZН*ZМ*Z) *( 2*a*[н]2 )
Расположение шестерни относительно опор консольное значит беру а=0.25
(рекомендации в учебнике Куклина)
Найду допускаемое контактное давление.
где КHL =1 при длительном испоьзовании передачи
[SН]=1.15-кожффициент безопасности
H lim b =2HB ср+70= 641МПа- предел контактной выносливости при базовом числе
циклов нагружения для шестеренки.
H lim b =2HB ср+70=567 МПа- предел контактной выносливости при базовом числе
циклов нагружения для рейки.
Возьму значение H lim b =567 Мпа.
Момент силы трения между рейкой и колесом и между стержнем и
фторопластовыми опорными кольцами:
lст*рост*9.8с2=0.2н*м
Значит aw 1.76*275*09*
*0.25*447.2Мпа =12.21 мм
Ширина венца b=а*аw=0.25*13 мм=3.25 мм
Делительный диаметр шестерни dw=aw=13 мм
максимальное напряжение в сечении ножки зуба:
7.3 Расчет зубьев шестеренки и рейки на изгиб:
Определю модуль зубьев шестеренки из условия прочности на изгиб:
где kT - коэффициент концентрации напряжений
- осевой момент сопротивления сечения ножки зуба
Принимая что l=m и s=m получаю
F max=b*(m) 2*cosα w*KFv*KF=dbm Km=6.8 - для прямозубой передачи
Для улучшенной прирабатывающейся стали
[F lim b ]=1.8HB ср=513.9 Мпа - допускаемое напряжение на выносливость при базовом
числе циклов нагружения для шестерни
[F lim b ]=1.8HB ср=447.3 Мпа для рейки
[SF]=1.75 - коэффициент запаса прочности для получения колес ковкой или
Значит [F]=255.6 МПа
7.4 Получены основные геометрические параметры реечной передачи:
Делительные диаметры шестерни и рейки:
Межосевое расстояние:
Диаметры вершин шестерни и рейки:
Ширина венца шестерни и рейки:
7.5 Пригодность заготовок шестерни и колеса
Dзаг=ba1+6мм=15мм+6 мм=21 ммD пред=125 мм
Sзаг=8m=2.4 ммS пред=80мм
Условия пригодности заготовок выполняются.
7.6 Подбор двигателя для привода реечной передачи
Линейная скорость шестерни V=0.02мc.
Отсюда n= d1 = 3.14*13 мм =29.4 обмин
электродвигателя 12В крутящий момент M=0.41 н*м передаточное число 82
Перерассчитаю диаметр шестерни:
8 Расчет диаметра вала реечной передачи
= *D3 - максимальное нормальное напряжение
max=Wρ=*D3 - максимальное касательное напряжение
По III теории прочности:
( +4 ) []=1.5*5=1.5*585МПа
M2x*322+40.382 2*162 13 0.22*322+4T2*162 13
Возьму диаметр вала dв=9 мм.
Возьму стандартную шпонку 2х2мм.
Условие прочности на смятие:
По ГОСТ 1233-67 для данного давления 101.3 МПа и dу=15мм
h dl0.4 =53МПа300МПа
k=0.4h - глубина врезания шпонки
подходят фланцы стальные приварные встык с шипом и пазом.
По ГОСТ 12832-67 выбираю размеры фланцев:
10 Расчет момента затяжки болтов
Фланец Dу15мм n=4 - число болтов М10х35. S=17 мм - размер под ключ. Расчет
усилия на уплотнение прокладки из фторопласта.
b=6 мм - ширина уплотнительного кольца;
qу=1 МПа - предельное удельное усилие на уплотнение
F1=78.55мм - площадь сечения болта
d2=9.026 -средний диаметр резьбы
tg= d =0.052 =3 - угол подъема резьбы
f1=tg=0.2 - коэффициент терния опорной поверхности болта
Гайки (ГОСТ 5915-70)
D=14.5мм - диаметр серления;
Mp=R1* 2 *tg(+)=0.074 Н*м - момент для создания осевого усилия и преодоления
силы тения в резьбе;
MT=3*(D2-d2c) =0.082 Н*м - момент сил трения на торцевой поверхности гайти или
Mкл=Mp+MT=0.156 Н*м - момент затяжки болта
В ходе работы над курсовым проектом разработано вакуумное шлюзовое
циилиндрический образец размером
х10мм из рабочей камеры при нормальном
атмосферном давлении в вакуумную при давлении 5мПа и выгружать обратно.
Конструкция состоит из трех блоков: загрузочной камеры перекрывающего
шарового затвора и вакуумной камеры. Поворот затвора осуществляется с
помощью электромеханического привода. Загрузка образца в рабочую камеру и
выгрузка обратно происходит посредством реечной передачи. Данный тип
загрузочного устройства с перекрывающим блоком удобен тем что избавляет от
необходимости выкачивать воздух из рабочей камеры после каждого загружения
образца. Вакуумный затвор поддерживает давление в камере постоянным.
При работе над проектом были проведены точностные прочностные а также
расчеты на герметичность что позволяет утверждать о работоспособности
В конструкции использованы преимущественно стандартные детали что
из блоков это позволяет заменить лишь ту часть конструкции которая вышла
из строя а не вс установку целиком.
свойства уствновки дают право говорить о ее технико-
экономической обоснованности.
облегчает и удешевляет ее производство. Кроме того конструкция составлена
Список использованных источников:
1. Инженерное проектирование (курсовой проект) Под общей ред. Баранова
М.: МИФИ 2003. - 120 с
Милосердин Ю.В. Лакин Ю.Г. Расчет и конструирование механизмов приборов и
установок. Изд-во "Машиностроение"1985 - 320с.
Кулбах А.А. Капралов Ю.А. Вакумные затворы и шлюзовые устройства.
пособие М.: МИФИ 2000. - 40 с.
Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводноц арматуры: Расчет
трубопроводной арматуры. Изд-во "ЛКИ" 1968 - 480 с.
Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Изд-во "Наука" 1965 - 856 с.
Решетов Д.Н. Детали машин. Издательство "Машиностроение" 1989 - 496 с.
Куклин Н.Г. Куклина Г.С. Детали машин. Из-во "Высшая школа" 1987 - 383 с.
A.Ф. Быков Арматура с шаровым затвором для гидравлических систем. Издво "Машиностроение" 1971 - 172 с.
Ю.М.Котелевский Г.В. Мамонтов Л.Н. Нисман И.Г. Фукс Л.И. Экслер
Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа. Изд-во
И.Л. Розенфельд Коррозия и защита металлов. Изд-во "Металлургия" 1969 448 с.
Список ГОСТов: ГОСТ 9833-73 ГОСТ 1233-67 ГОСТ 12833-67 ГОСТ 23360-78
ГОСТ 12815 ГОСТ 7798-70 10602-94 ГОСТ 9563-60 ГОСТ 5915-70.
При выполнении курсового проекта были выполнены следующие задачи:
ознакомление с заданием на проектирование и техническими требованиями;
анализ существующих конструкторских решений как то: разные исполнения
корпуса шарового затвора и разные типы соедений частей трубопровода
расчет механизма на избыточные связи и проверка шарового затвора на
самоустаавливаемость;
построение матрицы выбора затвора и выбор оптимального варианта из условия
надежности долговечности герметичности минимальности габаритов и массы и
простоты контструкции;
составление конструкции отвечащей заданным техническим требованиям:
сотавление расширенного технического задания и технических требований;
проведение необходимых расчетов;
построение 3D-модели установки в t-flex и создание чертежей сборки и 2
написание пояснительной записки;
сдача прокта проходит в форме защиты.
теме работы. и ознакомилась с рядом изданий по конструированию. Данный
курсовой проект позволил мне глубже погрузиться в свою специальность и
получить опыт написания собственного проекта.
При выполнении курсового проекта я провела общирный поиск информации по
Разраб. Бриткина В.С.

Спецификация.pdf

Прокладка для фланца 3
Разраб. Бриткина В.С.
Устройство загрузочное
НИЯУ МИФИ группа С18-101
Шайба 12.20.III.4.026
Взам.инв. № Инв.№ дубл.

Shlyuzovoe_zagruzochnoe_ustroystvo.pdf

Разраб. Бриткина В.С.
Шлюзовое загрузочное
Прокладка для фланца 3
Шайба 12.20.III.4.026
Взам.инв. № Инв.№ дубл.