10.2 Розрахунок на міцність елементу робочої приспособи (інструменту)

При виконанні цього розділу дипломного проекту необхідно схематично накреслити приспособу з розташованим на ній виробом та показати ті навантаження які витримують елементи приспособи. Далі необхідно більш детально накреслити самий небезпечний, з точки зору міцності, елемент приспособи та розрахувати геометричні розміри цього елементу з умов забезпечення достатньої міцності цього елементу на визначене навантаження.

При розрахунку на міцність ементів робочої приспособи необхуно мати на увазі наступне.

У конструкціях пристосувань використовуються використовуються деталі які сприймають різноманітні види навантажень.

Кожна деталь повинна мати визначений запас міцності, який завжди повинен бути більше одиниці. Запас міцності враховує різницю механічних властивостей матеріалів, призначених для відповідальних деталей. Запас міцності по напрузі визначається:

де: [σ] – допустиме значення;

σ_max – максимальне навантаження, яке виникає у деталі.

Найбільш розповсюдженим з’єднанням при складанні пристосувань є різьбове.

Діаметр бовта (шпильки) по заданому зовнішньому зусиллю визначають по формулі:

де: Р_р – зусилля розтягу;

[σ_р] – допустиме навантаження на розтяг, [σ_р] ≈ 0,6 σ_Т

d₁ – внутрішній діаметр різьби.

Перевірочний розрахунок на зріз виконується по формулі:

де: Р_п – поперечне навантаження;

[τ _ср] – допустиме навантаження на зріз, [τ _ср] ≈ (0,2…0,3) σ_Т

n – кількість площин зрізу.

Для різьбових з’єднань, які забезпечують закріплення базової деталі у процесі складання при затяжці різьбових з’єднань у вузлі сприймають напругу кручення τ₁ та стискання σ_сж, знаходять приведену напругу σ_1пр, яке порівнюють з допустимим та дорівнює 0,8σ_Т

де:

М_р – момент затяжки на рукоятці;

Для кінцевої оцінки різьбового з’єднання визначається запас міцності бовта на пластичність:

де : [n] – допустимийй запас міцності; [n] = 1,5…2,5, σ^’_Т = 1,05σ_Т

У деяких випадках закріплення базової деталі у пристосуванні виконується торцем гвинта. Тому необхідно поводити перевірочний розрахунок на зминання опорної поверхні гвинта.

де: - для круглого торця;

- для кільцеподібного торця;

[σ_см] – допустима напруга на зминання, [σ_см] ≈ 400 МПа

Для торців які мають сферичну форму необхідно провести перевірочний розрахунок по контактним навантаженням:

де: Е_пр – приведений модуль пружності поверхонь які контактують:

ρ_пр – приведений радіус кривизни:

[σ_кн] – допустиме контактне навантаження [σ_кн] = [σ_Т].

Для бовтів які затискають заготівку по кільцевій поверхні:

де:

D_k – діаметр контакту.

При осьовому навантаженні бовтів у фланцевих з’єднаннях у пневмо, гідроциліндрів умова міцності фланцевих бовтів визначається по формулі:

де: Р_шт – сила на штокі;

z – кількість бовтових з’єднань.

При використанні гідроциліндрів у якості силових приводів та значних навантаженнях на штокі розрахунок на міцність ведеться з умови втрати стійкостф штоку.

Втрата стійкості на штоку виникає при прикладенні критичної сили Р_кр:

де: η – коефіцієнт ;

Е – модуль пружності;

W – момент інерції - для круглого перерізу;

l_пр – робоча довжина штоку приведена l_пр = λl

l – довжина штоку;

λ = 2 для консольного закріплення штоку.

Допустиме навантаження на штоці не повинно перевищувати (0,5…0,7) Р_кр

Розрахунки на міцність валів та осей з метою вихначення їх розмірів можливо виконувати по формулам:

• на згин (деталі круглого перерізу)

• на згин (деталі кільцевого перерізу)

• на кручення

- на згин з крученням (деталі круглого перерізу)

- на згин з крученням (деталі кільцевого перерізу)

де: М_зг – згинаючий момент; н*мм²

М_кр – крутячий момент, н*мм²

М_екв – еквівалентний момент, н*мм²;

[σ_зг] – допустима напруга на згин; МПа;

[τ_кр] – допустима напруга при крученні, МПа;

- відношення внутрішнього діаметру вала (осі) d₀ до зовнішнього d

Необхідно пам’ятати, що осі розраховуються тільки на згин, в наслідок того, що вони не передають обертаючого моменту.

Межа текучості та допустимі навантаження для конструкційних сталей, МПа

Марка сталі	Хіміко- Термічна обробка	Твердість	Межа Текучості σТ	Допустимі навантаження
				розтягу [σр]			згину [σзг]			кручення [τкр]			зрізу [τзр]
				І	ІІ	ІІІ	І	ІІ	ІІІ	І	ІІ	ІІІ	І	ІІ	ІІІ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
15	Нормалізація Цементація з гартуванням у воді та відпуском	135…149НВ	200	85	70	50	95	80	60	70	60	45	80	60	45
		57…63НRCе	300…350	130	100	80	150	115	80	110	85	60	120	90	65
35	Нормалізація Покращення Гартування у воді та відпуск	187НВ	280	120	95	70	135	110	80	100	80	60	110	85	65
		187НВ	480…500	180	130	85	210	155	100	155	115	75	170	125	85
		34…44НRCе	700…850	235	175	120	270	200	135	200	150	100	210	160	110
45	Відпал Нормалізація Покращення Гартування у воді та відпуск	149…187НВ	280…300	125	95	70	135	110	80	100	80	60	110	85	60
		179…207НВ	320	135	110	88	155	125	95	115	90	70	125	100	75
		228…250НВ	500…520	195	155	115	220	175	130	165	130	95	180	140	105
		39…48НRCе	700…800	200	100	125	300	220	145	220	160	105	240	180	115
20Х	Нормалізація Покращення Цементація з гартуванням у воді та відпуском	143…179НВ	300…400	135	100	70	150	115	80	115	95	60	120	85	65
		217…235НВ	500	180	130	85	210	155	100	155	115	70	170	125	80
		57…63НRCе	800	260	190	125	300	220	140	220	160	105	240	180	115
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
40Х	Відпал Покращення Гартування у маслі Відпуск	187…217НВ	400	155	120	85	180	140	100	130	100	75	145	110	80
		230…260НВ	650...730	230	175	120	270	200	135	200	150	100	220	165	110
		38…42НRCе	1100…1200	370	270	165	430	310	190	320	230	140	340	245	150
		47…51НRCе	1350…1450	440	310	200	510	370	230	380	280	170	410	300	185
12ХН3А	Нормалізація Цементація з гартуванням у маслі та відпуском	217НВ	450	195	120	80	190	140	95	140	105	70	150	115	75
		57…62НRCе	800	280	210	135	320	240	155	235	255	115	250	190	125

Примітка: 1. Римськими цифрами позначені види навантажень: І – статичне; ІІ – змінна (пульсуюча), яка

змінюється від максимума до нуля та від нуля до максимума; ІІІ – знакозмінна (симетрична).

2. Запас міцності для випадка І складає 1,4…1,8; для випадків ІІ та ІІІ – 2,0.

Матеріал	Модуль пружності		Коефіцієнт Пуасона μ
	Е	G
1	2	3	4
Сталі вуглецеві	(0,2…2,1)*105	(8,8…8,1)*104	0,24…0,28
Сталі леговані	(2,1…2,2)*105	(8,8…8,1)*104	0,25…0,30
Чавун сірий	(1,15…1,6)*105	4,5*104	0,23…0,27
Мідь прокатна	1,1*105	4,0*104	0,31…0,34
Бронза катана	1,15*105	4,2*104	0,32…0,35
Латунь катана	1,0*105	3,6*104	0,32…0,36