2.6.2. Расчет звеньев механизма

Силовой расчет тихоходных механизмов имеет своей целью определение параметров сечений его звеньев и приводится в следующей последовательности.

1. Составляется расчетная схема механизма. Положения звеньев в расчетной схеме соответствует моменту времени кинематического цикла, в котором технологические усилия имеют максимальное значение, обычно это крайние (мертвые) положения механизма.

2. Определяются реакции а кинематических парах. Величина полезной нагрузки берется из нагрузочной диаграмма. Методика определения давлений (реакций) в кинематических парах та же, что и для быстроходных механизмов (смотри раздел 4.6.2). Отличие в силовом расчете тихоходных от быстроходных механизмов заключается в том, что здесь рассматриваются уравнения статики, без учета сил инерции звеньев,

3. Для каждого звена, по вычисленным нагрузкам, строится эпюра силового нагружена к определяется наиболее опасное сечение. Методика построения эпюр силового нагружения дана в курсе "Сопротивление материалов". Здесь следует обратить особое внимание на тот факт, что ряд звеньев механизма находятся в состоянии сложного сопротивления, обычно изгиб и растяжение, или изгиб и сжатие.

Правильность построения эпюр M и Q, при изгибе звена можно оценить по следующим признакам:

а) на участках белки, свободных от сплошной нагрузки, эпюра поперечных сил должна изображаться горизонтальными прямыми, а эпюра изгибающих моментов – наклонными прямыми;

б) там, где приложены сосредоточенные силы, а эпюра Q имеет разрыв непрерывности на величину силы, а эпюра М – излом;

в) там, где приложена пара сил, эпюра Q сохраняет плавность и непрерывность, а эпюра М имеет разрыв непрерывности на величину момента М, сохраняя постоянное направления касательной;

г) начальные и конечные значения на эпюрах Q и М должны совпадать со значением сосредоточенных сил и пар, приложенных к концам балки с учетом правила знаков;

д) на участках балки, несущих равномерно распределенную нагрузку, эпюра Q изображается наклонной прямой, а эпюра М – квадратной параболой;

е) там где Q>0, изгибающий момент возрастает (по алгебраической величине), а там, где Q<0 убывает.

4. По данным нагружения определяется опасное сечение звена и производится расчет его параметров из условия прочности с учетом запаса прочности.

Основные условия прочности имеют вид:

а) при растяжении-сжатии

=P/F[],

б) при изгибе

=M_u/W_u [],

в) при срезе

=P/F[],

г) при кручении

=M_кр/W_кр[],

д) при изгибе и растяжении-сжатии

=^’+”=P/F M_u/W_u [],

где P-сила растяжения, сжатия;

F-площадь сечения;

W_u-момент сопротивления сечения при изгибе;

M_u -изгибающий момент;

M_кр -крутящий момент;

W_кр -момент сопротивления сечения при кручении;

[] -допускаемое нормальное напряжение;

[] -допускаемое касательное напряжение.

Выбор профиля сечений звеньев следует производить исходя из следующего:

а) моменты сопротивления сечения изгибу и кручению должны соответствовать расчетным;

б) площадь сечения должна быть минимальной, этим обеспечивается малая материалоемкость изделия;

в) профиль сечения должен удовлетворить технологическим требованиям при изготовлении звена.

Правильный выбор материалов для изготовления звеньев механизма является одним из основных факторов, влияющих на создание надежной и экономичной конструкции машины. При выборе материала де­талей необходимо учитывать: условия работы детали; стоимость материала, его дефицитность и способность обрабатываться; форму и размера детали; метод получения заготовки детали и способ ее обработки и т. д.

Выбирая материал, надо принимать во внимание характер и величину действующих на детали нагрузок скорость относительного перемещения деталей и условия эксплуатации механизма

Для деталей, на которые действуют статистические или динамические нагрузки, выбранный материал, прежде всего должен обеспечивать требуемую прочность и надежность. Материал кинематических пар должен иметь достаточную износостойкость.

В машиностроении для легкой промышленности применяют самые разнообразные материалы, но основными из них являются чугуны, стали и бронзы.

Чугун марки С4 12-28 применяют для изготовления слабонагруженных деталей, не работающих на износ. Из этого чугуна изготовляют станины крышки, стойки и т. д.

Детали, работающие на износ при удельном давлении до 0,49 мн/м² (5 кгс/см²) и испытывающие изгибающие напряжения до 9,8 мн/м² (100 кгс/см²), изготовляют ив чугуна марок СЧ15-З2 и СЧ18-36. Эти чугуны применяют для изготовления зубчатых колес, ползунов, станин, ударников и т.д.; Для изготовления ответственных и сильно нагруженных деталей больших размеров и сложней конфигурации (гидроцилиндров, корпусов насосов, зубчатых колес, кулач­ков и т.д.), работающих при удельном давлении более 0,49 мН/м² применяют чугун марки СЧ21-40.

Модифицированный чугун используют для изготовления сильно нагруженных деталей сложной конфигурации (суппоров, кареток, станин, гидроцилиндров и т. д.).

Антифрикционный чугун АСЧ-2 применяют для изготовления втулок подшипников.

Ковкий чугун КЧ35-10 по сравнению с серым чугуном обладает повышенной пластичностью и прочностью, и используется для рычагов, кронштейнов и т. д.

Стали использует для изготовления большинства детали швейного и обувного оборудования. В основном применяют сталь углеродистую обыкновенного качества марок: Ст.2; Ст.3; Ст.4; Ст.5; Ст.6;

конструкционную автоматную марок: АИ; А20; АЗО; углеродистую конструкционную качественную 15, 20, 25, 30 36, 40, 45, 80;

сталь конструкционную: 20Х, 35Х, 40Х, ШХ15; инструментальную углеродистую У7, У7А, У8 и др.

5. Конечным результатом расчета механизма являются рабочие чертежи узлов и деталей механизма.

Сведения о силовом расчете сильно нагруженных механизмов даны в литературе (5), (17), (3), (2).