3.3.4 Расчет конструкторской разработки

Проектируемое приспособление для заведения и установки шины на стенд (рис. 3.2), представляет собой конструкцию, состоящую из втулки, изготовленной из стали Ст.10 ГОСТ 1050-74, диаметр отверстия d₁=40 мм, наружный диаметр D=70 мм, к которой при помощи сварки крепится несущий рычаг, к которому в свою очередь крепятся два рабочих рычага, на которых закрепляется своими бортами легковая автомобильная шина. Все рычаги изготавливаются из стальных, бесшовных, горячекатаных труб по ГОСТ 8732-70. Трубы d=54 мм, с толщиной стенок =4 мм, материал труб- сталь Ст.10 по ГОСТ 1050-74. Несущий рычаг имеет длину 800 мм, а рабочие рычаги имеют одинаковую длину, равную 210 мм.

Рис. 3.8 -Схема приспособления

3.3.4.1 Проверочный расчет рычага механизма на изгиб

Проверочный расчет ведется по расчету балки.

Из условия прочности балки:

_И=М_Иmax/W_X_Иmax, МПа, (3.30)

где М_Иmax- наибольший изгибающий момент, который рассчитывается по формуле:

М_Иmax=М_Иn, Нм, (3.31)

где М_И- изгибающий момент, Нм;

n- коэффициент запаса (принимается равным 1,5).

Изгибающий момент рассчитывается по формуле:

М_И=Gl, Нм, (3.32)

где l- плечо рычага, м;

G- сила, Н, прикладываемая к рычагу, численно равная весу автомобильной шины (принимается примерная масса легковой автошины 15 равной 25 кг), принимается g=9,8 м/с², тогда:

G=259,8=245 Н

Плечо рычага принимается равным длине рычага (800 мм).

Подставляя значения в формулу (4.32) получается:

М_И=245800=196000 Нмм

Подставляя значение М_И в формулу (4.31) получается:

М_Иmax=1960001,5=294000 Нмм

Поскольку сечение рычага- стальная труба, то момент сопротивления будет рассчитываться по формуле:

W_X=(d_Н²- d_В²)/6, мм³, (3.33)

где d_Н=54 мм- наружный диаметр трубы;

d_В=46 мм- внутренний диаметр трубы.

W_X=((54)²-(46)²)/6=10021 мм³

Момент сопротивления трубы можно также рассчитать через толщину стенки трубы =4 мм по формуле:

W_X=d_Н², мм³ (3.34)

W_X=(54)²4=11664 мм³

При дальнейших расчетах принимается значение W_X=10021 мм³

Тогда, подставляя значения в формулу (4.30) получается:

_И=294000/10021=29,34 МПа

Допускаемое напряжение при изгибе рассчитывается по формуле:

_Иmax=/n, МПа (3.35)

где n=1,5- коэффициент запаса

- предельное (опасное) напряжение, МПа, рассчитывается по формуле:

=1,2_Т, МПа (3.36)

где _Т- предел текучести материала (для стали Ст.10 _Т=210 МПа).

=1,2210=252 МПа

Подставляя значение  в формулу (4.35) получается:

_Иmax=252/1,5=168 МПа

Подставляя рассчитанные значения в формулу (4.30) получается:

_И=29,34_Иmax=168 МПа

29,34 МПа168 МПа

Таким образом, рычаг устройства обладает достаточным запасом на изгиб при его применении для шин легковых автомобилей.

3.3.4.2 Расчет сварных соединений

Расчет ведется для сварочных швов, соединяющих опорный рычаг и втулку поворотного механизма.

Расчет ведется по допускаемым напряжениям.

Для соединения встык:

=Р/l_Э, МПа, (3.37)

где l- расчетная длина сварного шва, которая вычисляется по формуле:

l=b-10, мм, (3.38)

где b- действительная длина шва (принимается равной 54 мм), за вычетом 10 мм на непровар;

- расчетная высота шва (принимается =5 мм);

P- расчетная нагрузка, принимается Р=550 Н;

_Э- допускаемое напряжение для сварного шва, принимается для ручной сварки с толстой обмазкой электродов _Э=130 МПа.

l=54-10=44 мм.

=550/445=2,5 МПа_Э=130 МПа

2,5 МПа130 МПа

Условие прочности сварных швов выполняется, при этом имеется значительный запас.

3.3.4.3 Расчет вала механизма на прочность

Расчет на прочность производится с точки зрения нагрузки и изгибающего момента на допускаемые напряжения, при этом расчетная формула принимает вид:

_MAX=(М/W)+(Q/F) , МПа, (3.39)

где _MAX- максимальное напряжение, МПа;

М- изгибающий момент, Нм;

W- момент сопротивления, м³;

Q- действующая нагрузка, принимается Q=1000 Н;

F- площадь поперечного сечения, м²;

- предельное значение напряжение, по формуле (4.21) =168 МПа.

Изгибающий момент рассчитывается по формуле:

M=Ql, Нм, (3.40)

где l- длина подхвата, принимается l=0,6 м.

M=10000,6=600 Нм.

Для расчета принимается круглое сечение, диаметр d=30 мм, для этого сечения момент сопротивления рассчитывается по формуле:

W_K=(d³)/16, м³, (3.41)

W_K=(3,14(0,03)³)/16=5,310^-6 м³;

Площадь круглого сечения рассчитывается по формуле:

F=(d²)/4, м², (3.42)

F=(3,14(0,03)²)/4=7,0710^-4 м².

Тогда, по формуле (4.39) получается:

_MAX=(600/5,310^-6)+(1000/7,0710^-4)=114,62 МПа=168 МПа

114,62 МПа168 МПа,

Условие прочности для наиболее опасного сечения вала поворотного механизма выполняется.

53