Материал головки шпинделя – сталь 40ХН ГОСТ 4543-71 для этой марки стали порог прочности равняется 
МПа, принимаем запас прочности, тогда допустимый порог прочности будет равняться 
МПа [13], с. 64. Значение крутящего момента, который передает шпиндель, - 
кНм.
На рисунке 14 представлена схема к расчету головки шарнира.
Момент, который передает один шпиндель, будет равняться, где 
- усилие, с которым нижний бронзовый вкладыш жмет на нижнюю щеку головки шпинделя, а верхний вкладыш – на верхнюю щеку; 
- расстояние между точками приложения сил.
,
где 
- ширина щеки, 
мм, согласно чертежа;
- ширина проточки в щеке, с = 255 мм, согласно чертежа;
мм
Принимаем, что удельное давление вкладыша на щеку шарнира распределяется по трапеции и сила, которая прилагается в плоскости центра веса этой трапеции.
При передачи шпинделем крутящего момента вкладыш будет жать на щеку шпинделя с силой, которая равняется:
кН.
Таким образом, при передачи шпинделем крутящего момента в сечении I-I на расстоянии x от оси шарнира будут возникать напряжения и от кручения, и от изгиба.
Сечение I-I будет опаснейшим, если сечение строить по технологическим точкам, то есть, исключая округление.
Напряжение кручения в сечении I-I равняется:
,
где 
- крутящий момент, который передается одним шпинделем, 
кНм;
- момент сопротивления сечения I-I кручению.
Для определения момента сопротивления кручению по заданным размерам головки шпинделя перерез I-I вычеркнут отдельно в виде сегмента (рисунок 15).
Определить точное значение момента сопротивления кручению сечения, который имеет форму сегмента, трудно, потому сегмент приравниваем равновеликому по плоскости прямоугольнику высотой 
и шириной 
. Момент сопротивления перереза прямоугольника кручению определяем за формулой:
|
|
,
где - коэффициент, который зависит от отношения ширины прямоугольника к его высоте, 
принимаем 
[14], с.188;
мм3.
МПа.
Напряжение сгибания в перерезе щеки I-I равняется:
,
Рисунок 14 – Схема к расчёту шарнира универсального шпинделя
b1 = 490 мм, b2 = 255 мм, h = 380 мм
Рисунок 15 - Разрез шеки головки шарнира
где 
- изгибающий момент в сечении I-I, который равняется:
,
где 
- расстояние от точки приложения силы к перерезу I-I, согласно рисунка 15 
мм;
- момент сопротивления сечения I-I сгибанию.
Определить момент сопротивления сгибанию сечения I-I, который имеет форму сегмента, также весьма трудно. Заменяем сегмент равновеликой по плоскости трапецией с основой 
и высотой 
. Момент сопротивления перереза трапеции сгибанию равняется:
мм3
кНм.
Тогда напряжение сгибания:
МПа.
Расчетное напряжение в сечении I-I от действия изгиба и кручения определяем по формуле:
МПа.
Расчетное напряжение не должно превышать допустимое:
МПа < 
МПа,
то есть прочность головки универсального шарнира скольжения обеспечена.
4.2 Расчет лопасти шарнира
Лопасть шарнира выполнена с прорезью. Материал лопасти – сталь 40ХН. Схема к расчету лопасти приведена на рисунку 14.
Лопасть шарнира с прорезью воспринимает со стороны вкладыша давление распределенное приблизительно по треугольнику.
Поэтому равнодействующая сила давления на одну ветку лопасти будет смещена от центра ее сечения. Рассмотрим два сечения лопасти: в сечении I-I будут возникать и напряжение изгиба, и напряжение кручения; в сечении II-II будут возникать лишь напряжение кручения.
|
|
Сечение I-I
Усилие в этом перерезе равняется:
где Мкр - крутящий момент, который передает один шпиндель, Мкр = 975 кНм;
b0 - полная ширина лопасти, согласно чертежа b0 = 1090 мм;
b - ширина одной ветки лопасти, согласно чертежа b0 = 450 мм.
кН.
Изгибающий момент в сечении I-I равняется:
,
где х - плечо силы
,
где α - угол наклона шпинделя, согласно технической характеристики α = 5º20';
х1 - расстояние от центра шарнира к перерезу I-I, согласно чертежа х1 = 175 мм
м
Тогда момент изгиба:
кНм.
Напряжение изгиба:
,
где Wиз - момент сопротивления изгиба;
мм3;
где S = 260 мм – толщина сечения лопасти;
тогда:
МПа.
Момент кручения в сечении I-I равняется:
кНм.
Напряжение кручения:
,
Момент сопротивления кручению:
,
где η - коэффициент, который зависит от отношения, при 
принимаем η = 0,425 [15], с. 160;
мм3.
Тогда:
МПа.
Расчетное напряжение:
МПа.
Расчетное напряжение не должно превышать допустимое:
МПа < МПа.
Сечение II-II
В данном сечении будет действовать только крутящий момент. Напряжение кручения будет равняться:
,
Wиз - момент сопротивления сечения:
мм3
тогда:
МПа.
Расчетное напряжение не должно превышать допустимое:
МПа < 
МПа.