Розрахунок валу на міцність
Послідовність розрахунку валу і фланця валу наступна.
1. Будують схему подібно до рис. 9.3, визначають за (9.1) осьову силу в перерізі валу 1-1, за (9.2) - розтягуючу напругу, за (9.3) - напругу кручення, за (9.4) - приведені напруги.
Тіло валу розраховують на розтягування осьовою силою і кручення від обертового моменту, що передається генератору. Розрахункова схема показана на рис. 9.3.
| Рис. 9.3. До розрахунку вала на міцність |
Осьова сила, що визначається в перерізі 1-1
(9.1)
де Рz.гідр - осьова гідравлічна сила; Gр.к - вага робочого колеса; Gв - вага валу до перерізу 1-1.
Напруга розтягування визначається за формулою
(9.2)
де F1 – площа перерізу валу в перерізі 1-1.
Напруга кручення визначається за формулою
(9.3)
де 
- момент опору кручення в перерізі 1-1; 
- обертовий момент на валу турбіни; N - потужність турбіни; п - частота обертів.
Приведена напруга рівна
(9.4)
Допустимі напруги для сталей 40ГС, 25К, 40Н приймаються наступними: на кручення σдоп≤45÷48 МПа, приведені σдоп.пр≤110 МПа.
Розрахунок фланця валу на міцність наближеними методами проводиться з припущенням, що перерізи фланця зберігають свою форму, а сили, прикладені до болтів, вважаються вільними зовнішніми силами, і визначаються без урахування сил затягування.
2. Виконують розрахунок фланців. Визначають за (9.5) коефіцієнт А, за (9.6) - приведену осьову силу, за (9.7) - коефіцієнт β, за (9.8) визначають напругу згину в перерізі 2-2, за (9.9) -напругу кручення, за (9.10) - приведену напругу. При розрахунку тонкостінних валів (δв≤0,15·dв), крім того, знаходять за (9.11) коефіцієнти λ* і η, за (9.12) – згинальний момент, за (9.13) - напругу згину в перерізі 3-3, за (9.14) – згинальний момент, за (9.15) - напругу згину, за (9.16) - приведену напругу в перерізі 2-2. Товщину фланця вибирають відповідно до умови рівноміцності і достатньої жорсткості.
(9.5)
сила, прикладена до болта від зовнішнього навантаження
(9.6)
zб -число болтів; Pпр - сумарна сила у болтах, приведена до середнього радіусу оболонки 
; β - характеристика перерізу для сталевої оболонки при μ=0,3
(9.7)
lоб≈lв - довжина оболонки, приблизно рівна довжині валу; т і п - постійні, що залежать від відношення rфл/rсер.
(9.8)
напруга зрізання в перерізі 2-2
(9.9)
приведена напруга рівна
(9.10)
(9.11)
де 
; - середня товщина перехідного перерізу вала; dб - діаметр болта або наближено, отвору під болт;
(9.12)
(9.13)
(9.14)
(9.15)
(9.16)
де σзг2 – напруга кручення у перерізі 2-2; 
- напруга розтягу в перерізі 2-2.
3. Визначають коефіцієнти податливості λб за (9.17), λфл за (9.18), χ за (9.19) і задають напругу затягування. Обчислюють основне навантаження на болт і силу затягування, за (9.20) - сумарну силу, що розтягує болт.
(9.17)
(9.18)
(9.19)
де dб – діаметр основного перерізу болта; 0,3·dб - враховує податливість ослабленої різьбою частини болта діаметр а і кут α визначають конус тиску у фланцях; tg α=0,45, він змінюється від 0,4 до 0,5; d0 - діаметр отвору під болт; 2,30 – число, що враховує перехід від натуральних до десяткових логарифмів.
(9.20)
де 
- коефіцієнт основного навантаження; λб - коефіцієнт податливості болта, визначається при d0; λфл - коефіцієнт податливості фланця; Рзат - сила затягування
де σзат=150÷250 Мпа - напруга затягування; dб -диаметр болта, приблизно його можна прийняти рівним номінальному діаметру болта.
4. Знаходять за (9.21) напругу розтягу в основному, ослабленому різьбою і прилаштованому перерізах болта; за (9.22) - напруга зрізу, за (9.23) - приведену напругу в прилаштованому перерізі болта.
Напруга розтягу в основному перерізі, в ослабленому різьбою і прилаштованоій частинах болта, відповідно, визначаються за формулами:
(9.21)
де d'б - внутрішній діаметр різьби; dпрл - діаметр прилаштованої частини болта.
Напруга зрізу у прилаштованій частині болта рівна
(9.22)
Приведена напруга у прилаштованій частині болта
(9.23)
Різьби болта і гайки розраховують на зріз, зім'яття і за запасом міцності.
5. Вибирають необхідний матеріал, приймаючи допустиму напругу на розтяг σдоп≤0,6·σТ. Напруги зняття допускаються до 0,8·σТ. Перевага віддається ставлі 45. За (9.24) перевіряється нерозкривання стиків. Силу затягування визначають з умови нерозкриття стиків
(9.24)
де Кущ≈(1,2÷1,4)·(1-χ) – коефіцієнт ущільнення, що гарантує нерозкриття стиків.