1. Расчет технологических параметров

Угловая частота вращения дебалансных валов, :

.

Жесткость пружин по формуле (6.39):

.

Примем . Отношение вынуждающей частоты к собственной частоте вибровозбудителя без ограничителя

.

Величина возмущающей силы дебалансов

.

В этой формуле скорость в момент удара принята равной 1,8 .

Статический момент дебалансов по формуле (6.44) при и :

.

Амплитуда колебаний ударной части по формуле (6.47а) и табл.6.9:

.

2. Расчет параметров пружин

Для нормальной работы шпунтовыдергивателя зазор между бойком вибровозбудителя и наковальней должен быть равным 0. Чтобы рассчитать пружины на прочность, необходимо знать положительный и отрицательный зазоры.

Наибольший положительный зазор, при котором шпунтовыдергиватель может работать без опасения перехода на безударный режим, равен амплитуде вынужденных колебаний при отсутствии ограничителя:

.

Отрицательный зазор примем равным .

Рассчитаем распределение жесткости между верхними и нижними пружинами (см.табл.6.11). Имея в виду, что направление удара бойка – вверх, найдем:

,

.

Максимальная деформация нижних пружин

.

Максимальная деформация верхних пружин

.

Количество верхних пружин . Жесткость одной пружины .

Сила тяжести рабочей части нижних пружин по (6.50), считая, что и :

.

Сила тяжести верхних пружин

.

Сила тяжести рабочей части всего комплекта пружин ; с учетом силы тяжести нерабочих витков полный вес комплекта пружин можно принять равным 3,0 , а приведенная сила тяжести . Таким образом, силу тяжести ударной части следует считать равной

.

После пересчета для этой силы тяжести получим

.

Примем .

;

;

; ;

; .

3. Расчет параметров дебаланса

Расчет ведется так же, как и в предыдущем примере. Возмущающая сила одного дебаланса (см. рис. 7.4)

.

Длина хорды

.

Рис.7.4. Конструктивная схема дебаланса

Возмущающая сила P₁ сегмента (фигура АВЕ)

кН

Возмущающая сила части сегмента

;

;

.

4. Расчет вала

Силы, действующие на вал, представлены на рис. 7.5, где ; ; ; , ; ; .

Рис. 7.5. Расчетная схема вала

Принимаем, что в момент удара возникают ускорения 100g, тогда нагрузки: от массы дебалансов , от массы вала на участке длиной , от массы ротора , от массы вала на участке между подшипниками .

Опорные реакции в вертикальной плоскости, :

;

;

.

Опорные реакции в горизонтальной плоскости

.

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости

;

;

.

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости:

,

.

Суммарные опорные реакции

.

Суммарные изгибающие моменты

,

.

Произведем расчет вала на статическую прочность при следующих исходных данных. Материал вала - сталь марки 40Х со следующими параметрами: предел прочности ; пределы текучести и ; пределы выносливости и ; диаметр вала 90 мм.

Крутящий момент, соответствующий наибольшей кратковременной нагрузке:

.

Вследствие того, что максимальные суммарные изгибающие моменты для сечений и практически одинаковы, примем диаметры вала равными 90 для обоих сечений. Тогда максимальное нормальное напряжение

,

где – осевое усилие ( );

– площадь поперечного сечения вала, .

Запас прочности по пределу текучести

.

Напряжение кручения в сечениях и

.

Запас прочности по пределу текучести на кручение

.

Запас прочности по усталости

.

Размеры отдельных участков вала в зависимости от параметров подшипников и ротора принимаются конструктивно в пределах, не снижающих прочности вала.

5. Расчет бойка

Расчетная схема для определения размеров бойка представлена на рис. 7.6.

Динамическое усилие, возникающее при ударе, определяется по формуле, :

,

где – масса ударной части шпунтовыдергивателя,кг; – принятая скорость удара,м/с; – время удара (примем ).

кН.

Усилие , распирающее гнездо (рассматриваем последнее как плоский клиновой паз с углом при вершине ), определяется из соотношения, :

,

где – коэффициент трения на поверхности гнезда ( ).

Рис. 7.6. Расчетная схема бойка шпунтовыдергивателя

Определим усилие , приходящееся на метр длины среднего сечения гнезда :

,

где

.

Напряжение растяжения на внутреннем диаметре гнезда определяется по формуле Ламе:

,

где – давление, приходящееся на 1 конической поверхности, :

.

6. Расчет на прочность элементов конструкции амортизатора

(см. рис. 7.7).

Рис.7.7. Амортизатор шпунтовыдергивателя:

1 – ось скобы;2 – кронштейн;

3 – ось, соединяющая кронштейн и штоки;

4 – шток; 5 – скоба