Расчет оси колеса тележки

Ввиду увеличения массы тележки необходимо рассчитать ось колеса на прочность. Ось колеса рассчитывается на изгиб (рисунок 5) по методу допускаемых напряжений. Материал оси − Ст 5.

Допускаемое напряжение на изгиб для стали Ст 5 [ σ ] = 200 МПа. Рассчитаем максимальное значение изгибающего момента. Для этого построим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов оси колеса.

Рисунок 5 − Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов оси колеса.

R = Р / 4, (10)
где R − сила, действующая на ось со стороны колеса, Н

Р − вес нагруженной тележки, Р = 5530 Н;

R = 5530 / 4 = 1382,5 Н;

R_a = R_b = R / 2 = 1382,5 / 4 = 691,25 Н;

Максимальный момент получается в точке приложения силы R

M_max = Ra · 0,04 = 691,25 ∙ 0,04 = 29,25 Н-м;

Момент сопротивления сечения относительно нейтральной оси (для круглого сечения) рассчитывается по формуле:

W_z = π ∙ d ³ / 32 = 0,1 ∙ d ³; (11)
где d − диаметр оси.

W_z = 0,1· 0,015³ = 0,36 · 10^-6 м³.

Напряжение в опасном сечении

σ = M_max / W_Z; (12)

σ = 29,25 / 0,34 · 10^-6 = 86 МПа,

Условие

[ σ ] ≥ σ

выполняется. Следовательно, ось проходит расчет на изгиб по методу допускаемых напряжений.

Расчет стола на изгиб

Стол испытывает максимальную нагрузку при снятии аккумулятора со стола, когда на край стола действует вес аккумулятора.

Рассчитаем кронштейн стола на изгиб (рисунок 6).

Рисунок 6 − К расчеты стола и стойки на изгиб.

Максимальный изгибающий момент для стола

М_изг = Р ∙ l,

где Р − вес аккумулятора, Р = 1 кН;

l − длина стола, l = 0,93 м.

М_изг = 1000 ∙ 0,93 = 930 Н∙м.

Кронштейн стола в своем сечении представляет прямоугольник с размерами 75х75 мм = 0,075х0,075 м. Определим момент его сопротивления изгибу

W = b ² ∙ h / 6 = 0,075² ∙ 0,075 / 6 = 421,88 ∙ 10^–6 м³.

Определим напряжение, возникающее от изгиба

σ_изг = M_изг / W = 930 / (421,88 ∙ 10^–6) = 2,2 МПа.

Условие прочности: [ σ_изг ] ≥ σ_изг.

Для стали Ст3 допускаемое напряжение [ σ_изг ] = 160 МПа.

Условие прочности выполняется, т. к. допускаемое напряжение на изгиб много больше действительного.

Расчет стола на изгиб

Стойка рамы также испытывает максимальную нагрузку при снятии аккумулятора со стола, когда на край стола действует вес аккумулятора.

Рассчитаем стойку рамы на изгиб (рисунок 6).

Максимальный изгибающий момент для стойки равен максимальному изгибающему моменту для стола

М_изг = 930 Н∙м.

Стойка в своем сечении представляет швеллер №6,5. Его момент сопротивления изгибу W = 15 ∙ 10^–6 м³.

Определим напряжение, возникающее от изгиба

σ_изг = M_изг / W = 930 / (15 ∙ 10^–6) = 62 МПа.

Условие прочности: [ σ_изг ] ≥ σ_изг.

Для стали Ст3 допускаемое напряжение [ σ_изг ] = 160 МПа.

Условие прочности выполняется, т. к. допускаемое напряжение на изгиб много больше действительного.

Расчет на прочность сварочного соединения стойки с основанием

Проведем расчет сварного шва крепления стойки с основанием исходя из условия прочности.

Расчет прочности тавровых соединений, нагруженных силой Р и моментом М, выполняется по формуле:

(16)

где t − напряжение, возникаемое в сварном шве;

F – сила, действующая на сварной шов;

М – крутящий момент, действующий на шов;

l – длина шва, l = 0,15 м;

R – катет шва, R = 0,006 м.

τ = + = 79,7 МПа.

Расчет предельно допустимых напряжений сварного шва.

(17)

где d_т – предел текучести;

S – запас прочности.

МПа.

Расчетное напряжение сварного шва меньше предельно допустимого, поэтому запас прочности шва достаточен для его надежности.