5.5 Расчет детали приспособления на прочность.

В зависимости от цели расчёта (постановки задачи) различают три вида расчетов на прочность:

1. Проверочный

2. Проектный

3. Определение допускаемой нагрузки

При проверочном расчете нагрузка, материал (а следовательно, допускаемое или предельное напряжение) и размеры известны. Определению подлежит наибольшее расчётное напряжение, которое сравнивают с допускаемым. С проверочными расчётами встречаются, в частности, при экспертизе выполняемых проектов.

Расчетная формула (условие прочности при растяжении или сжатии) имеет вид:

d = N / A ≤ [G] (5.1)

где d – напряжение, возникающее в опасном поперечном сечении (опасным называют сечение, для которого коэффициент запаса прочности имеет наименьшее значение);

N – продольная сила в указанном сечении;

A – поладь опасного поперечного сечения;

[G] – допускаемое напряжение ( [G_р] при растяжении и [G_с] при сжатии).

В ряде случаев при проверочном расчёте удобнее сопоставлять не расчётное напряжение с допускаемым, а сравнивать расчётный коэффициент запаса прочности для опасного сечения с требуемым, с т.е. проверять соблюдается ли неравенство:

n = G_пред/G ≥ [n] (5.2)

При проектном расчете проектировщик (конструктор) сам определяет рабочие нагрузки, выбирает материал и допускаемое напряжение, а из формулы (5.1) определяют требуемую площадь сечения А.

В некоторых случаях проверочный расчет удобнее вести в форме определения допускаемой нагрузки. В частности, это целесообразно при изменении режимов тех или иных технологических процессов, когда возникает необходимость в повышении нагрузок соответствующего оборудования и, следовательно, надо знать их предельно допускаемое по условию прочности значение.

При этом расчете размеры и материал (допускаемое напряжение) известны, определению подлежит нагрузка, которую можно допустить по условию прочности. На основе формулы (5.1) определяют допускаемое значение силы [N]. Поэтому значению с помощью метода сечений определяют допускаемое значение внешних сил – нагрузок.

Расчет воротка на изгиб.

Исходные данные:

P – задаваемое усилие от руки рабочего (P = 200 ÷ 250 H)

l – длина воротка от оси вращения до точки приложения руки.

Условия прочности на изгиб

G_u = M_u /W_x ≤ [G_u], где

М_u – изгибающий момент

M_u = P*l

W_x – осевой момент сопротивления сечения изгибу для рукоятки с поперечным сечением диаметра d.

W_x = 0,1d³ ;

где d – диаметр воротка.

[G_u] = G_т /[n] ; где

G_т – предел текучести

[n] – допускаемый коэффициент запаса прочности.

Проверочный расчет болта на растяжение.

Условие прочности:

G_р = 4Q_р / πd₁ ≤ [G_р], где

Q_р – расчетное осевое усилие.

d₁ – внутренний диаметр болта.

Q_р = 1,3Q;

где Q – осевое усилие.

Допустимое напряжение при растяжении:

[G_р] = G_т /[S_т],

где [S_т] = 3 – коэффициент запаса прочности.

Расчет оси на срез.

P

R

l

a

1) Условие равновесия

ΣМ = 0 – сумма моментов сил относительно точки О равна нулю.

Р(а + l) – R – d = 0, отсюда

R = P(a + l)/a ;

P – усилие от руки рабочего (Р = 200 – 250 H)

2) Условие прочности на срез оси.

τ_ср = R/2A_ср ≤ [τ_ср]

A_ср – площадь поперечного сечения.

A_ср = πd²/4,

d – диаметр оси.

[τ_ср] = 0,6 G_т/[n] ; где

G_т – предел текучести

[n] – коэффициент запаса прочности.

Расчет плоскости съёмника на срез.

Q

1. Условие прочности.

τ_ср = (Q/2)/A_ср ≤ [τ_ср]

Q – усилие прикладываемое к плоскостям

A_ср – площадь среза.

A_ср = d h;

d – ширина плоскости.

h – высота плоскости.

[τ_ср] – допустимое напряжение на срез.

[τ_ср] = 0,6 G_т /[n]

G_т – предел текучести.

[n] – коэффициент запаса прочности.

Пример.

Расчет на прочность наиболее нагруженные детали

Наиболее нагруженной деталью приспособления для расточки гильз цилиндров является откидной болт, а точнее резьба на нем, поэтому делаем расчет прочности резьбы на срез.

Резьба М12 – 6g.

Шаг резьбы – P = 1,75 мм.

Наружный диаметр резьбы – d = 12 мм.

Средний диаметр резьбы – d₂ = 10,863 мм.

Внутренний диаметр резьбы – d₁ = 10,106 мм.

Условие прочности резьбы на срез

£ = F / τ* d₁*K*K_M*H ≤ [ r ],

Где K – коэффициент полноты резьбы. Для метрической резьбы, K = 0,87.

K_M – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы.

В расчетах принимаем K_M = 0,75.

H – высота гайки.

H = 25 мм.

F – сила затяжки гайки.

F = 10 кг. = 100 H/мм².

r = 100 / 3,14*10,106*0,87*0,75*25 = 0,2 H/мм².

Определяем допустимое напряжение среза.

[ r_ср ] = 0,6 [ δ_р ],

[ δ_р ] = δ_т / [ n],

Где [ δ_р ] – допускаемое напряжение растяжения,

δ_т – предел текучести. Для стали 35, δ_т = 265 H/мм².

[ n] – коэффициент запаса прочности. Принимаем [ n] = 2, тогда

[ δ_р ] = 265 / 2 = 132 H/мм².

[ r_ср ] = 0,6*132 = 79,2 H/мм².

Так как r_ср < [ r ] = 0,2 < 79,2, то условие прочности на срез выполняется.

Условие прочности пальца

τ_ср = Q / 2 (πd²/4) ≤ [τ_ср],

где Q – максимальное усиление, действующее на палец.

[τ_ср] – допускаемое напряжение среза.

Определяем усилие, действующее на палец.

Q = P πD²/4 = 7 3,14 10²/4 = 549,5кг = 5495H

где D – диаметр пневмокамеры, D = 100мм.

Р – давление воздуха в пневмосистеме, в расчётах принимается 5-7 кг/см²

Определяем допустимое напряжение среза [τ_ср.]

[τ_ср] = 0,6 [G_p]; [G_p] = G_т /[n]

где [n] – допускаемый коэффициент запаса прочности, принимаем [n] = 2,

G_т – предел текучести, для стали35 G_т = 265 H/мм²

Предел прочности на растяжение [G_p] = 265/2 = 132,5 H/мм²

[τ_ср] = 0,6 132,5 = 79 H/мм²

Тогда τ_ср = 5495/ 2 (3,14 8² / 4) = 54,7 H/мм²

Так как τ_ср < [τ_ср], то условие прочности пальца на срез выполняется.

1. Установить крышку на верхнюю плиту корпуса приспособления при валочной плоскость вверх, направляя отверстие ø 65мм на фланец втулки 7.

2. Установить между плоскостью крышки и головкой штока легкосъемную шайбу 5.

3. Повернуть рукоятку распределительного крана, пустить сжатый воздух в камеры.

Правила технического обслуживания.

1. Следить за стоянием рабочих поверхностей приспособления, особенно плоскостей Т₂ и Т_3.

2. При появлении забоин зачистить личным напильником.

3. Регулярно производить смазку шарнирных соединений.

4. Так как первой должна срабатывать левая камера, то периодически проверять период запаздывания срабатывания камеры 9 и при необходимости, регулировать.

5.6 Экономическая эффективность от внедрения приспособления.

1. Определяем годовую экономию затрат от снижения трудоёмкости работ от внедрения приспособления по формуле:

Т = t₁ – t₂ / 60 N n K_p m (чел.ч)

где t₁ – трудоёмкость операций до внедрения приспособления;

t₂ – трудоёмкость операций после внедрения приспособления;

t₁ и t₂ – принимаются по данным хрометражных наблюдений.

В расчётах принимаем t₁ и t₂ от 0,5 до 1,5 мин.

2. Определяем годовую экономию от снижения себестоимости.

Э_г = С_ч Т К (руб)

где С_ч – часовая тарифная ставка рабочего 4^го разряда, С_ч = 31,44 руб.

К – коэффициент, учитывающий премии, дополнительную заработную плату и отчисления в соцстрах, К = 1,4.

3. Определяем затраты на изготовление приспособления по книге Б.Н.Суханова «пособие по курсовому и дипломному проектированию» (приложение 15 стр.214)

З_п = С_п К_ц (руб)

где С_п – стоимость приспособления (руб)

К_ц – коэффициент повышения цен, К_ц = 43.

4. Определяем срок окупаемости приспособления.

С_о = З_п / Э_г ;

где З_п – затраты на изготовление приспособления.

Э_г – годовая экономия от снижения приспособления.

6. Графическая часть

6.1 Объём графической части должен составлять один, два листа формата А1

ГОСТ 2.301 устанавливает пять основных форматов. Формат А4( 210Х297мм),

формат А3(297Х420мм), формат А2(420Х594мм), формат А1(594Х841мм),

формат А0(841Х1189мм)

841

841

Формат А1

Формат А3

Формат А2

Формат А4

Формат А0

594

1189

297

594

297

210 210

420 420

Размеры основных форматов

Лист формата А1 делят на форматы А2, А3 и А4.

На формате А2 выполняют сборочный чертёж с числом проекций общего вида приспособления, достаточным для того, чтобы можно было понять устройство и принцип его работы.

На форматах А3 и А4 выполняют 2 - 4 рабочих чертежей наиболее сложных и ответственных деталей приспособления.

Рабочие чертежи и эскизы не выполняются на стандартные детали (болты, гайки, шайбы и др.) или детали, заимствованные из других конструкций.

6.2 Требования к сборочному чертежу приспособлений

Сборочный чертёж должен содержать следующие элементы:

1. Изображение сборочной единицы, дающей представление о расположении и взаимной связи составных частей, соединенных по данному чертежу.

2. Размеры, предельные отклонения и другие параметры и требования, которые должны быть выполнены и проконтролированы по данному сборочному чертежу.

3. Номера позиций деталей, входящие в приспособление

4. Габаритные размеры приспособления

5. Установочные, присоединительные и другие необходимые справочные размеры.

6. Техническую характеристику изделия (при необходимости)

К сборочному чертежу составляется спецификация на отдельных листах формата А4, которая определяет состав сборочной единицы.

При выполнении сборочного чертежа следует применять упрощения и условности, допускаемые стандартами ЕСКД.

Допускается не показывать :

• фаски, скругления, проточки, углубления, выступы и другие мелкие элементы;

• зазоры между валом и отверстием;

• крышки, щиты, кожухи, перегородки и т.п. если необходимо показать закрытие части изделия.

6.3 Требования к рабочим чертежам деталей приспособления

В соответствии со стандартами ЕСКД на рабочих чертежах деталей указывают:

• обозначения размеров;

• обозначения предельных отклонений размеров;

• обозначения отклонений геометрической формы и расположения поверхностей;

• обозначение шероховатости поверхности деталей;

• обозначение покрытий;

• технические требования к материалу, размерам и форме детали и другие данные, которым она должна соответствовать перед сборкой;

В основном надписи чертежа детали указывают материал детали в соответствии с обозначением, установленным стандартом на материал.

Обозначение должно содержать наименование материала, марку и номер стандарта или технических условий.

Например:

Сталь 45 ГОСТ 1050 – 74

Кромки и ребра детали при изготовлении должны быть притуплены, никаких указаний на чертеже при это не делается.

Если кромку и ребро требуется скруглить или, наоборот, изготовить острым, на чертеже помещают соответствующие указания.

Например: «Острые кромки скруглить R3мм»

Содержание текста и надписей на чертежах должно быть кратким и точны. В надписях не должно быть сокращений слов, за исключением общепринятых.

59