Леган М.А.   Пьянзин А.А.   Зубков П.И.   Зубков В.П.   Таланин А.В.  

Проектирование и расчет напряженно-деформированного состояния центробежного ускорителя частиц порошка

Докладчик: Леган М.А.

Представлены результаты проектирования и исследования напряженно-деформированного состояния центробежного ускорителя, проведенного с помощью программного продукта SolidWorks.
Ускоритель представляет собой трубку переменного сечения, в центре которой имеется отверстие, ось которого совпадает с осью вращения, и служит для напыления порошка, засыпаемого сверху в центральное отверстие и вылетающего по радиальному каналу из концов трубки при её вращении. Определена зависимость радиальной скорости вылета частиц порошка от радиуса ускорителя, угловой скорости и коэффициента трения частиц о стенку канала.
Ускоритель вращается в вакуумной камере. При столкновении частиц порошка с преградами, установленными по периметру, возможно напыление частиц порошка на материал преград, так как скорость частиц порошка достаточно велика. Она превышает тангенциальную скорость концов трубки, принятую в расчете равной 1223 м/с. При этом максимальное напряжение вдали от центрального отверстия равно 301 МПа, что составляет меньше половины от условного предела текучести высокопрочного алюминиевого сплава В96Ц1 Т1, из которого сделан ускоритель.
Так как при моделировании граничных условий в программном продукте SolidWorks перемещения некоторых точек контура отверстия были запрещены, то в окрестности этих точек получились очень большие значения напряжений, превышающие условный предел текучести, что недопустимо. Поэтому был проведён расчет контактной задачи при условии конусной посадки центробежного ускорителя на абсолютно жёсткий вал. Данный расчёт показывает, что максимальные напряжения в местах контакта ускорителя и вала достигают величины 423 МПа. Коэффициент запаса прочности по пределу текучести при этом равен 1,6.
Основными преимуществами холодного напыления, в том числе холодного газодинамического напыления, являются:
- возможность напыления частиц размером менее 10 мкм, в том числе нанометрового диапазона;
- возможность использования порошков из полимеров;
- меньшая повреждаемость полимерных материалов по сравнению с другими методами напыления, сопровождаемыми огневым воздействием на материал;
- возможность регулирования интенсивности напыления и скорости частиц порошка.
Цели дальнейшей работы – уточнение граничных условий, возникающих при посадке ускорителя на вал, определение напряжений с помощью программного продукта Ansys и оптимизация геометрии детали для повышения скорости вращения.