3.3. Розрахунок гідроциліндра на міцність і стійкість
П
ри
розрахунку на міцність (рис. 17) заданими
вважають внутрішній діаметр труби
,
довжину труби
(далі побачимо, що її величина не впливає
на результат розрахунку), тиск рідини
усередині циліндра –
,
допустима напруга
.
Визначенню підлягає товщина стінки
(чи зовнішній діаметр труби
).
Тангенціальні напруги можна знайти з умови рівноваги труби, розрізаної в поперечному напрямку
Звідси необхідна товщина стінки
(80)
Осьові напруги, чи напруги уздовж осі труби, визначають з умови рівноваги труби, розрізаної в подовжньому напрямку:
чи
чи
.
Звідси
(81)
Тонкостінним називають
циліндр, у якого
(чи
),
товстостінним – у якого
(чи
).
Практичні формули розрахунку товщини стінок гідроциліндрів:
– для тонкостінного циліндра
(82)
– для товстостінного циліндра з пластичного матеріалу (стали)
чи
(83)
– для товстостінного циліндра з крихкого матеріалу (чавуна)
.
(84)
Допустимі напруги
,
складають для циліндрів із сірого чавуна
–
,
для високосортного чавуна –
,
з міді, бронзи –
,
зі сталевого лиття –
,
з кованої вуглецевої стали –
,
з кованої легованої сталі –
.
Запас міцності при цьому знаходиться
в межах
.
Р
озрахунок
на стійкість (рис.
18) виконують для положення цілком
висунутого штока. При цьому використовують
відому з технічної механіки формулу
Ейлера для розрахунку критичної сили
при стиску стержнів
де
– коефіцієнт, що враховує характер
закріплення кінців штока і циліндра (
при шарнірному закріпленні обох кінців,
при шарнірному закріпленні одного і
твердому іншого кінця,
при твердому закріпленні обох кінців);
– модуль пружності матеріалу циліндра
чи штока;
– момент інерції перетину циліндра чи
штока;
– довжина стиснутої ділянки.
3.4. Поворотні гідродвигуни
П
оворотні
гідродвигуни розділяються на три види:
шиберні (рис. 19, а),
застосовувані порівняно рідко; поршневі
(рис. 19, б
- е),
застосовувані найбільше часто; мембранні
(рис.19, ж),
застосовувані, в основному, у системах
керування.
Шиберний гідродвигун складається з корпуса (обойми) , двох кришок і , роздільника , шибера , жорстко з’єднаного з вихідним валом , що має один чи два хвостовики, підшипників , ущільнень вала й ущільнень шибера. Робоча рідина підводиться в одну з камер гідродвигуна і відводиться з іншої через кришки чи корпус і роздільник.
Основні кінематичні і силові залежності для шиберного гідродвигуна.
Нехай тиск в напірній і зливний
камерах гідродвигуна рівні відповідно
,
і
,
радіус корпуса
,
радіус вала
,
довжина шибера
.
Тоді момент на вихідному валу
де
– сила, що діє на шибер;
– плече сили. Інтегруючи, одержуємо
(85)
де
– бічна площа шибера;
– відстань крапки додатка рівнодіючої
сили тиску на шибер до осі вала.
Кутова швидкість
повороту вихідного вала визначається
з наступних міркувань. При повороті
шибера на малий кут
зі зливної камери за малий час
витісняється обсяг рідини
де
– площа елементарного сектора, заповненого
рідиною, а в напірну камеру надходить
подача
,
.
Дорівнюючи ці величини, одержимо
(86)
Поршневий поворотний гідродвигун (рис. 19, б - е) є собою механізм, що перетворює поступальний рух штока гідроциліндра (чи штоків двох гідроциліндрів) у поворотний рух вихідного вала. Це перетворення здійснюється за допомогою зубчато-рейкової передачі (рис. 19, б, в, г) чи повзунно-коромислового механізму (рис. 19, д, е).
Для зубчато-рейкового поворотного поршневого гідродвигуна момент на вихідному валу
(87)
де , і – тиску в камерах поршневого гідроциліндра; – площа поршнів; – радіус початкової окружності шестірні.
Кутова швидкість вихідного вала
(88)
де – величина подачі рідини в напірну камеру гідроциліндра.