Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Тема 15.doc
Скачиваний:
37
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
1.14 Mб
Скачать

15.7. Удар, що скручує, при екстреному гальмуванні

Припустимо, що вал, зображений на рис 15.15,а, негайно зупиняється за допомогою гальмових колодок, розташованих на правому кінці вала. На лівому кінці вала розташований маховик вагою , на який у момент гальмування починають діяти сили інерції, що скручують вал. До екстреного гальмування вал обертався з кутовою швидкістю .

Розрахунок вала виконаємо безпосередньо, без обчислення динамічного коефіцієнта. Розрахункова схема вала в результаті спрацьовування гальмових колодок наведена на рис.15.15,б.

Обчислимо крутний динамічний момент, що виникає у валу при ударі, викликаному екстреним гальмуванням. Для цього скористаємося тим, що вся кінетична енергія удару переходить у потенціальну енергію пружної деформації .

До зупинки система оберталася з кутовою швидкістю і її кінетична енергія дорівнювала:

,

де  момент інерції маховика при обертанні. Масу вала при визначенні кінетичної енергії не враховуємо.

Рис.15.15

Таким чином, кінетична енергія системи дорівнює:

. (15.56)

Потенціальну енергію, що накопичується у валу, знайдемо скориставшись виразом:

. (15.57)

Дорівнюючи значення кінетичної енергії (15.56) і потенціальної енергії (15.57), визначаємо величину динамічного крутного моменту:

. (15.58)

Максимальне дотичне напруження, що виникає у валу, знайдемо з виразу:

. (15.59)

Після незначних перетворень з виразу (15.59) можна одержати величину максимального напруження у вигляді:

, (15.60)

де  площа поперечного перерізу вала;  довжина вала.

Дорівнюючи максимальне дотичне напруження величині допустимого напруження, одержимо умову міцності:

, (15.61)

звідки

. (15.62)

Розглянемо кілька прикладів розрахунку конструкцій, що зазнають удару.

Приклад 15.12. Визначити величину найбільшого нормального напруження в сталевому східчастому стержні (Рис.15.16), що зазнає удару при падінні вантажу кН з висоти мм. Площа поперечного перерізу стержня см2, довжина стержня м. Яке найбільше напруження виникне в стержні, якщо на кільцевий виступ В для зм'якшення удару помістити циліндричну гвинтову пружину, яка при дії статичного навантаження, рівного 10Н, стискується на мм?

Рис.15.16

Розв’язок:

  1. Визначаємо статичне подовження стержня, викликане силою :

мм.

  1. Обчислюємо коефіцієнт динамічності:

.

3. Визначаємо найбільше динамічне нормальне напруження в стержні при відсутності пружини:

МПа.

4. Визначаємо статичне переміщення з урахуванням осадки пружини. Жорсткість пружини мм/Н. Осадка пружини мм.

мм.

  1. Обчислюємо динамічний коефіцієнт:

.

6. Визначаємо найбільше динамічне напруження в стержні при наявності пружини:

МПа.

Приклад 15.13. Стержень, що має довжину м і площу поперечного перерізу см2, зазнає дії поздовжнього розтягального удару при падінні вантажу кН. Кінетична енергія вантажу до моменту зіткнення дорівнює Нм. Знайти напруження в стержні при ударі у припущенні, що він виготовлений зі сталі.

Розв’язок:

1. Обчислюємо потенціальну енергію, що накопичується в стержні, при статичному прикладенні сили :

Нм.

  1. Визначаємо динамічний коефіцієнт:

.

3. Знаходимо динамічне напруження в стержні:

МПа.

Приклад 15.14. На шарнірно обпертий на кінцях дерев'яний брус прямокутного поперечного перерізу см посередині прольоту м з висоти см падає вантаж кН. Визначити найбільше нормальне напруження і найбільший прогин бруса при згинанні в площині найбільшої жорсткості. Модуль пружності деревини МПа.

Розв’язок:

1. Визначаємо стрілу прогину при статичному прикладенні навантаження:

м.

2. Знаходимо динамічний коефіцієнт:

.

3. Визначаємо динамічне напруження в брусі:

МПа.

4. Знаходимо максимальний динамічний прогин у площині найбільшої жорсткості:

м мм.

Приклад 15.15. Двотаврова балка №24 довжиною м закріплена за допомогою шарнірних опор. Вантаж кН падає посередині прольоту з швидкістю м/с у момент удару (Рис.15.17,а). Визначити найбільше нормальне напруження і найбільший прогин в результаті удару, припускаючи, що: а) опори балки абсолютно жорсткі; б) опори балки представляють пружні конструкції; зміщення кожної з них на одиницю прикладеного до неї навантаження дорівнює м/Н; в) опори балки абсолютно жорсткі, але посередині прольоту знаходиться вантаж кН. Масою балки у всіх випадках нехтувати. Момент інерції двотавру №24 см4, момент опору см3.

Рис.15.17

Розв’язок:

  1. Опори абсолютно жорсткі (Рис.15.17,а). Визначаємо стрілу прогину:

м.

Знаходимо коефіцієнт динамічності:

.

Визначаємо найбільше динамічне напруження в балці і максимальний прогин:

МПа;

м мм.

2. Опори балки – пружні конструкції (Рис.15.17,б). Визначаємо осадку пружини на опорі від статичного прикладення навантаження:

м.

Знаходимо переміщення перерізу посередині балки з урахуванням осадки пружин:

м.

Визначаємо коефіцієнт динамічності:

.

Обчислюємо максимальне динамічне напруження в балці і динамічну стрілу прогину:

МПа;

м мм.

3. Опори жорсткі, вантаж падає на вантаж , розташований посередині балки (Рис.15.17,в). Визначаємо динамічний коефіцієнт:

.

Знаходимо найбільше динамічне напруження і динамічну стрілу прогину:

МПа;

м мм.

Приклад 15.16. Крижина, що пливе з швидкістю м/сек, вдаряється об дерев'яну палю круглого поперечного перерізу (Рис.15.18). Визначити найбільше нормальне напруження і найбільший прогин палі при ударі, якщо модуль пружності деревини МПа. Палю в нижньому перерізі вважати затисненою.

Рис.15.18

Розв’язок:

1. У момент удару паля зазнає дії динамічної сили з боку крижини. Знайдемо цю силу. Кінетична енергія удару дорівнює потенціальній енергії деформації, що накопичується в палі від дії динамічної сили :

.

Потенціальну енергію знайдемо, виражаючи її через динамічну силу:

.

Дорівнюючи кінетичну і потенціальну енергії, маємо:

,

звідки

Н.

  1. Визначаємо найбільший прогин палі:

м см.

  1. Обчислюємо найбільше напруження в палі:

МПа.

Приклад 15.17. Дерев'яна балка круглого поперечного перерізу і довжиною м, шарнірно обперта на кінцях, посередині прольоту зазнає удару тілом, що рухається горизонтально. Тіло має в початковий момент удару кінетичну енергію Нм. Визначити діаметр поперечного перерізу балки так, щоб найбільше нормальне напруження в ній не перевищувало 10МПа, а максимальний прогин був не більший за 1 см.

Розв’язок:

1. Визначимо величину динамічної сили, з якою тіло, що рухається горизонтально, вдаряє по балці. Будемо виходити з того, що кінетична енергія удару цілком переходить у потенціальну енергію деформації тіла, що зазнає удару:

.

Звідки

кН.

  1. Обчислюємо максимальний згинальний момент у балці:

кНм.

3. Записуємо умову міцності при згинанні і визначаємо діаметр поперечного перерізу балки:

,

звідки

м.

Приклад 15.18. Диск діаметром см і вагою кН, насаджений на вал АВ довжиною м і діаметром см (Рис.15.19,а), обертається з постійною кутовою швидкістю, яка відповідає об/хв. Визначити величину найбільших дотичних напружень у валу в той момент, коли кінець вала А раптово зупиняється. Масою вала знехтувати. Модуль зсуву для матеріалу вала прийняти МПа.

Рис.15.19

Розв’язок:

1. Розрахункова схема вала наведена на рис.15.19,б. Обчислимо кінетичну енергію системи, що обертається:

Нм.

2. Визначаємо площу поперечного перерізу вала:

см2.

3. Знаходимо максимальне дотичне напруження у валу:

МПа.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]