Расчёт напряжений, возникающих при ударе бойка по наковальне и жёсткости амортизирующей пружины

2.5 Расчёт напряжений, возникающих при ударе бойка по наковальне и жёсткости амортизирующей пружины

Исходные данные:

, модуль упругости стали 40´;

U = 1.54 м/сек, скорость бойка перед ударом;

Qб =0.11707 кг, масса бойка с сердечником;

Qp = 0.0186 кг, масса наковальни с долотом.

Определим максимальную силу удара в месте контакта бойка и наковальни, которая может возникнуть при работе прибора, если долото оперто в достаточно жёсткий материал (например чугунную плиту), используем формулы, выведенные на основе формул Герца.

 – коэффициент Пуассона.

R1 – радиус сферической поверхности бойка;

R2 – радиус сферической поверхности наковальни.

Для удобства обозначим:

m1= Qб,

m2 = Qp.

Найдём m – приведённую массу системы

г

Определим промежуточный коэффициент b

Зная b, найдём x макс – наибольшее сближение тел во воемя удара, соответствующее наибольшему значению ударной силы.

Теперь определим время соударения t cjel

Вычислим напряжения, возникающие при ударе в месте контакта, используя формулы, приведённые выше, определив радиус пятна контакта:

- напряжения, возникающие во время удара.

Допускаемое напряжение на усталость материала стали , отсюда запас

Вычислим коэффициент жёсткости пружины, установленной между корпусом и наковальней (эта пружина исключает передачу удара на корпус прибора при ненормальных режимах работы), например при холостом ударе, когда долото не опирается на кость.

Исходные данные для расчёта:

m = Qб = 0.00707 кг – масса бойка;

m = Qр = 0.0186 кг – масса наковальни с долотом.

Начальную кинетическую энергию бойка определим из выражения:

а максимальное перемещение наковальни при холостом ходе определим

Используя полученные данные, приравняем следующие выражения:

Выразив из него s, получим:

Найдя s, определим жёсткость пружины k

Максимальное усилие, возникающее в пружине в процессе удара:

2.6 Расчёт и обоснование элементов принципиальной схемы блока питания

Для обеспечения эксплуатационных характеристик рассматриваемого модернизируемого устройства – трепанатора, его необходимо питать от автономного источника питания (аккумулятора) или от сети 220 В с хорошей гальванической развязкой; для обеспечения безопасности пациента и медицинского персонала.

Из анализа возможных схем питания устройства следует, что обеспечить требуемую развязку можно только использованием трансформатора. С другой стороны, для работы инструмента требуется значительная импульсная мощность (»20 А, 50 В), что исключает применение прямого простого подключения через трансформатор, т. к. габариты и масса трансформатора на 1 кВт исключает его применение в качестве переносной аппаратуры. Поэтому необходимо сконструировать источник питания, удовлетворяющий противоречивым требованиям.

В качестве элемента, обеспечивающего согласование противоречивых требований возможно в данном случае применение конденсатора – накопителя, обеспечивающего необходимую импульсную мощность.

Таким образом, схема блока питания будет содержать три основных элемента: Трансформатор с выпрямителем, накопительный конденсатор, прерыватель – формирователь импульсов.