6. Расчет балансира на прочность

Расчет балансира на прочность проводят для наиболее опасных сечений при жестких ударах балансира об ограничитель хода (отбойник). Материалом балансира принята Cталь 30ХГТ, термообработка – закалка в масле с отпуском в масло. Предел текучести [σ] после обработки составляет 1275 МПа.

При ударе балансира об отбойник реакция со стороны опорного основания, приведенная к оси ОК, достигает десятикратной статической силы. Для данной конструкции расчетная нагрузка составляет 452050 Н.

Со стороны торсиона на балансир действует реактивный крутящий момент, численно равный максимальному моменту упругости торсиона, определяемый по формуле (38), M_т = 51693 Н·м.

Для определения опасных сечений и проведения поверочного расчета на прочность строят эпюру моментов сил, действующих на балансир. Она представлена на рисунке 7.

Опасное сечение I–I расположено в зоне резкого перехода малой головки в тело рычага балансира. Опасное сечение II–II расположено в месте перехода рычага балансира в большую головку. Наконец, опасное сечение III–III расположено в зоне шлицевого соединения балансира и силовой втулки, передающей крутящий момент торсиону.

I–I; II–II; III–III — обозначения опасных сечений;

Рисунок 7 — Эпюра моментов от сил, действующих на балансир

Опасное сечение I–I расположено на расстоянии a_I-I = 0,105 м от средней плоскости ОК. Оно представляет собой кольцо с внешним и внутренним диаметрами D_нар = 0,120 м и d_вн = 0,072 м соответственно и нагружено изгибающим моментом от действия реакции со стороны опорного основания. Напряжения изгиба σ_I-I, возникающие в этом сечении, не должны превышать 500 МПа [4] и рассчитываются по формуле 39.

, 3939\* MERGEFORMAT ()

Запас прочности в сечении рассчитывают по формуле 40.

4040\* MERGEFORMAT ()

Опасное сечение II–II удалено от средней плоскости ОК на расстояние a_II-II = 0,246 м. Оно имеет близкую к прямоугольной форму со сторонами со сторонами 0,14 и 0,09 м.

Опасное сечение II–II нагружено косым изгибом от совместного действия доли реакции со стороны опорного основания и реактивного момента со стороны торсиона. Напряжения изгиба в опасном сечении II–II рассчитывают по формуле 41.

, 4141\* MERGEFORMAT ()

Напряжения кручения в опасном сечении II–II не должны превышать 500 МПа [4] и рассчитываются по формуле 42.

4242\* MERGEFORMAT ()

При совместном действии изгиба и кручения эквивалентное напряжение в этом сечении рассчитывается по формуле 43.

, 4343\* MERGEFORMAT ()

Запас прочности в сечении II–II, вычисленный по формуле 40:

Опасное сечение III–III имеет вид кольца с внутренним диаметром d_вн = 0,065 м и внешним диаметром D_нар = 0,140 м, находится на расстоянии а_III-III = 0,255 м от средней плоскости ОК и нагружено изгибающим моментом от действия реакции со стороны опорного основания и крутящим моментом от действия торсиона. Занижение фактического значения плеча приложения силы компенсируется принятием для сечения III–III меньшей величины допустимого напряжения, равного 400 Мпа [4].

Напряжения изгиба σ_III-III, возникающие в этом сечении, рассчитывают по формуле 44.

, 4444\* MERGEFORMAT ()

Напряжения кручения, действующие в опасном сечении III–III, рассчитывают по формуле 45.

, 4545\* MERGEFORMAT ()

Эквивалентное напряжение в сечении III–III рассчитывают по формуле 43.

Тогда запас прочности в сечении III–III, вычисленный по формуле 40:

Как следует из расчета, максимальные эквивалентные напряжения в опасных сечениях не превышают допустимых.