Кафедра «Автомобильный транспорт»
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ТЕХОБОРУДОВАНИЯ
Методические указания к выполнению
дипломных, курсовых и лабораторных работ по курсу
«Проектирование транспортного и технологического оборудования»
Нижний Новгород 2017
Составитель: В. С. Козлов, Н. А. Кузьмин.
УДК629.113.004
Прочностной расчет исполнительных механизмов техоборудования: Метод. указания к выполнению лаб. работ / НГТУ; Сост.: B.C. Козлов, Н.А. Кузьмин. Н. Новгород, 2017. 12 с.
Приведена методика расчёта опасных сечений исполнительных механизмов технологического оборудования. Определены прочностные характеристики и параметры устойчивости выдвижных элементов гидроцилиндров, домкратов.
© Нижегородский государственный
технический университет, 2017
В качестве исполнительных механизмов технологического оборудования наибольшее распространение получили гидроцилиндры и винтовые передачи (подъёмники, домкраты т.п.).
Цель работы
Определить параметры прочности и устойчивости прямолинейной формы выдвижных / наиболее часто выходящих из строя элементов рабочего оборудования: штока гидроцилиндра и винта домкрата.
Краткие сведения о работе
Понятие об устойчивости
Брус под воздействием центрально приложенных по его концам малых сжимающих сил деформируется (укорачивается), оставаясь прямым. Возникшие при этом внутренние усилия уравновешивают внешние силы.
Для надёжной эксплуатации бруса эта равновесная прямолинейная форма должна быть устойчивой в том смысле, что, будучи нарушена каким-либо кратковременным внешним воздействием (толчком) любого направления, она должна полностью восстановиться (брус, выйдя временно из прямолинейного состояния, вернётся в него, после свершения ряда колебаний).
Указанная способность бруса устойчиво сохранять прямолинейную форму равновесия зависит от величины сжимающих сил (нагрузок). При некотором достаточно большом значении нагрузок нарушенная толчком прямолинейная форма равновесия окажется утраченной им навсегда (брус не вернётся в прямолинейное положение). Это значение нагрузки, при котором исходная прямолинейная форма равновесия перестаёт быть устойчивой (то есть происходит потеря устойчивости), называется критическим значением нагрузки. Достижение нагрузками критических значений равносильно разрушению бруса.
Критическая сила. Величина критической силы для однопролётного стержня, нагруженного по концам центрально приложенными силами, вычисляется по формуле Эйлера
; (1)
где Е - модуль продольной упругости материала;
- минимальный момент инерции площади поперечного сечения стержня;
l - длина стержня;
μ - коэффициент, учитывающий способ закрепления концов стержня;
μ=0,5 - при обоих защемлённых концах стержня;
μ=0,7 - при одном защемлённом, другом шарнирно закреплённом концах;
μ=1,0 - при шарнирном закреплении обоих концов стержня;
μ=2,0 - при одном свободном, другом защемлённом концах.
Критическое напряжение
Критическое напряжение, вызываемое силой 
, определяется из выражения
; (2)
где 
- гибкость - обобщённая геометрическая характеристика стержня;
- минимальный радиус инерции поперечного сечения стержня.
Поскольку формулы (1) и (2) справедливы только при упругом состоянии материала, то ими можно пользоваться лишь при определённых значениях гибкости, которые устанавливаются из неравенства
, откуда 
,
Здесь 
- предел пропорциональности для материала стержня.
Предельные значения гибкости для различных материалов приведены в табл. 1.
| Материал | 
|
| Дерево | |
| Стали 20, Ст. 3 | |
| Стали 30, 35, Ст. 5 | |
| Чугун | |
Таблица 1.
В том случае, когда формулы (1) и (2) неприменимы, критическое напряжение, а, следовательно, и критическая сила могут быть вычислены по эмпирическим формулам. Наиболее распространённой из них является формула Ясинского-Тетмайера:
; (3)
где a,b,c - опытные коэффициенты, зависящие от материала и имеющие размерность напряжения (табл. 2).
| Материал | Коэффициенты, кг/см2 | |||
| a | b | c | ||
| Дерево | 1,94 | |||
| Ст 3 | 11,4 | |||
| Ст 5 | 36,17 | |||
| Чугун | 0,53 | |||
Таблица 2.
Допускаемая нагрузка. Расчёт на устойчивость должен обеспечить работу стержня на сжатие при сохранении им устойчивой формы равновесия. Поэтому приложенные к стержню сжимающие силы не должны превышать некоторой допустимой величины
,
где 
- критическая сила;
- нормативный или требуемый коэффициент запаса по устойчивости.
Величина этого коэффициента зависит от назначения стержня и от материала. Для стали =1,8...3,0, для чугуна =5...5,5 и для дерева =2,8...3,2.
Расчёт на устойчивость с использованием коэффициента 
Наряду с расчётами по формуле Эйлера широкое распространение получил расчёт на устойчивость с использованием коэффициента 
:
;(4)
Здесь - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения на сжатие [σ]. Величина его зависит от материала и от гибкости стержня λ. Значения коэффициента приводятся в табл. 3.
Следует иметь в виду, что сила, определённая из формулы (4), является не разрушающей, а допускаемой.
Таблица 3. – Коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения [σ] для сжатых стержней.
Порядок выполнения работы
Работа выполняется в индивидуальном порядке согласно назначенного варианта. Черновые расчёты с окончательными выводами предъявляются преподавателю в конце занятия.