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一种估算卡簧槽距离壳体边缘距离的较好方法
2025/08/29
IP:湖北
摘要:估算卡簧槽强度的经验公式

在浏览理查德纳卡的网站的XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 一文时,我在结尾发现了一个理查德纳卡用来计算卡簧槽最小距离壳体边缘的公式

The width of the lip, dimension "e", is important from a structural perspective. The width of the lip must be sufficient to prevent the lip from tending to shear off and tending to swell ("flare") due to stress arising from axial load as a result of motor chamber pressure. The minimum lip width (inches or mm) is given by:
upload_downloader_1756438801964_46218587.gif
where P=maximum expected chamber pressure (psi or MPa), Di=casing inner diameter (in. or mm) and Fsu=shear strength of casing material (psi or MPa).

snap-ring-figure1.gif

也就是$e_{min}=\frac{P·D_i}{F_{su}}$

这里的$e_{min}$指的是卡簧槽边缘和壳体边缘的最小距离(以mm或英尺为单位),$P$指的是最大燃烧室压强(以Mpa或psi为单位),$D_i$指的是壳体内径(以mm或英尺为单位),$F_{su}$指壳体材料的剪切强度(以Mpa或psi为单位)

在计算时要么都用英制单位要么都用通用单位。

具体每个量指代的部位都可见上图

建议在计算出最小距离后乘一个安全系数,最好取1.5~3(本质是降低许用剪切强度)

可以利用这个方法来简化初步的设计,但最好还是进行有限元分析来进行最后模拟


此外,附上常见壳体材料常温下对应的剪切强度


6061-t6铝合金 186Mpa$\approx$27000 psi

7075-t6铝合金 330Mpa$\approx$47000 psi

TC4钛合金 580Mpa$\approx$84000 psi


若有问题,请在聊天区指出,谢谢!

[ 修改于1年2个月前 - 2025/08/29 20:32:41 ]
1年2个月前IP:广东
946681
1楼

再加上一个不同温度下的强度曲线就更好了

引用
评论(2)
1
ZZCjas作者
1年2个月前修改于 1年2个月前IP:湖北
946701
2楼

我写了一个可以辅助设计的代码,壁厚和卡簧槽强度都可以算,我不太擅长写工程代码,命名比较烂,请谅解

#include <iostream>
using namespace std;
const int _6061t6y=250;
/*
http://www.nakka-rocketry.net/pix/ftycht2.gif
6061-t6铝合金的屈服强度随温度变化的曲线近似于一个二次函数
25摄氏度时屈服强度为室温的100%,250摄氏度时即达到室温下屈服强度的约45%
即可根据初中数学知识得出6061t6铝合金屈服强度和材料温度的近似函数关系式等于
f(x)=-(11/10125)*((x-25)^2)+25,x∈[25,250] 
其中,f(x)是室温强度百分数百分号前的部分,x是材料温度 
经验证,这条拟合的函数曲线可以一定地吻合(150°前不太准,正在优化)实测强度曲线 
*/
double temp_yield(int x)//x即温度 
{
	return -1.0*(11.0/10125.0)*(x-25)*(x-25)+100;
}
double ye2shear(int ye)
{
	return 0.65*ye;
}//根据经验公式,金属材料剪切强度约为其屈服强度的50%~80%,为了冗余和安全起见,这里的系数取65%
//e_min=((D_i*P_max)/(F_s))*safe
double mine;
int D_inner;
double pmax;
int safe;
int temp;
double calc_e(int pmax,int di,double f_s,int safe)
{
	return ((1.0*di*pmax)/(f_s))*safe; 
}
double calc_c(int pmax,int di,double f_y,int safe)
{
	return (pmax*di)/(2*f_y/safe); 
}
int main()
{
	cout<<"固体火箭发动机壁厚及卡簧槽最大耐压计算器 v0.0.1(注:目前仅适用于无缝6061-T6铝合金壳体)\nBy ZZCjas(kcid:106216)\n";
	cout<<"请输入发动机壳体内径(mm):";
	cin>>D_inner;
	cout<<"\n请输入发动机最大工作压强(Mpa):";
	cin>>pmax;
	cout<<"\n请输入壳体工作期间最大温度(隔热良好的情况下为一般40~50摄氏度,最大取80摄氏度即可):";
	cin>>temp;
	if(temp>250||temp<25)
	{
		cout<<"\n温度不应超过定义域(25<=温度<=250)\n";
		return -1;
	} 
	cout<<"\n请输入安全系数:";
	cin>>safe;
	double tempye=1.0*temp_yield(temp)/100*_6061t6y;
	cout<<"\n\n计算结果:";
	cout<<"最小壁厚:"<<fixed<<calc_c(pmax,D_inner,tempye,safe)<<"mm"<<endl;
	cout<<"卡簧槽边缘距离壳体边缘距离:"<<fixed<<calc_e(pmax,D_inner,ye2shear(tempye),safe)<<"mm"<<endl;
	cout<<"注:卡簧槽深度最大为壳体厚度的1/2倍,卡簧槽的宽度最好为卡簧厚度的1.5倍,设计时请注意\n计算内容仅供参考\n"; 
	system("pause");
} 
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我也是有底线的