Расчет усилия на рукоятке

3.4.2 Расчет усилия на рукоятке

Рассчитываем усилие [15] необходимое для создания заявленного давления в рабочей полости, в размере 40 МПа, которое действует на клапан диаметром 6 мм. Для этого рассмотрим рукоятку как нагруженный стержень.

Рис. 3.1 – Схема действия сил, эпюры моментов и усилий

Найдем усилие действующее в точке А по формуле:

Р_А =  (3.2)

где Р – давление, Па;

d – диаметр клапана, м.

Р_А =  = 1130 (Н)

Для нахождении усилия руки Р_С составляем уравнение моментов относительно точки В.

Σ М_В = 0 (3.3)

Р_С (l₁+l₂) – P_Al₂ = 0 (3.4)

Р_С = Р_Аl₂/(l₁+l₂) (3.5)

где l₁ – расстояние между точками А и С, м;

l₂ – расстояние между точками А и В, м.

Р_С = 1130×0,032/0,244 = 148,2 (Н)

По результатам расчета видим, что усилие на рукоятке составляет приблизительно 15 кг, это в пределах допустимой нормы от 15 до 20 кг.

3.4.3 Расчет на прочность сварных швов

В первом случае рассчитываем, сварной шов [15] между корпусом и кронштейном, он испытывает растягивающее усилие и при этом работает на срез.

Для определения прочности нам необходимо знать реакцию в точке В, которую мы находим по выше приведенной схеме на рис. 3.1. Составим уравнение моментов относительно точки А.

Р_Сl₁ – R_Bl₂ = 0 (3.6)

R_B = Р_Сl₁/l₂ (3.7)

где R_В – реакция в точке В, Н.

R_B = 148,2×0,212/0,032 = 981,8 (Н)

Условие прочности на срез имеет вид:

 (3.8)

где F_шва – площадь шва, м;

τ – касательное напряжение, которое материал способен выдерживать длительное время, МПа.

Касательное напряжение находим по формуле:

 (3.9)

где σ – допустимое нормальное напряжение, МПа.

Находим допустимое нормальное напряжение по формуле:

 (3.10)

где σ_Т – предел текучести материала, МПа, для стали 45 σ_Т = 340 МПа;

n – коэффициент запаса, принимаем 2,125

σ= 340/2,125 = 160 (МПа)

τ = 160/2 = 80 (МПа)

Площадь сварного шва находим по следующей формуле:

F_шва = 2×a×β×h_шва + 2×b×β×h_шва (3.11)

где а – ширина провариваемого элемента, м;

b – длина провариваемого элемента, м;

β – коэффициент зависящий от способа сварки, для ручной однопроходной сварки β = 0,8;

h_шва – высота катета углового шва, м.

F_шва = 2×10^-4×0,8×4×10^-3+ 2×37×10^-3×0,8×4×10^-3 = 300,8×10^-6

Проводим проверку на прочность

τ_ср = 981,8/ 0,0003 = 3,27 ≤ 80 (МПа)

Условие прочности выполняется, значит, данный шов выдержит нагрузки.

Расчет шва толкателя на разрыв производим, прибегнув к некоторым упрощения, будем считать, что толкатель жестко закреплен и на него действует сила Р_А.

Используем формулы (3.8) и (3.11), но при этом вместо R_B подставляем Р_А и получаем:

F_шва = 2×11,5×10^-3×0,8×4×10^-3+ 2×10×10^-3×0,8×4×10^-3 = 137,6×10^-6

τ_ср = 1130/ 0,0001378 = 8,21 ≤ 80 (МПа)

Условие прочности выполняется.

Расчет сварных швов рычага выполняем по той же методике, но для этого необходимо найти реакцию в точке сварки К.

Находим значение реакции по пропорции:

R_K= R_Al₁/ l₃ (3.12)

где l₃ – расстояние от точки В до точки К, м.

R_K= 1130×0,032/0,044 = 822 (Н)

F_шва = 2×18×10^-3×0,8×3×10^-3+ 2×5×10^-3×0,8×3×10^-3 = 110,4×10^-6

В условие прочности подставляем удвоенную площадь шва, т. к. на рычаг приварены две пластины, нагрузка между которыми поделена поровну.

τ_ср = 822/ 0,00022 = 3,7 ≤ 80 (МПа)

Условие прочности выполняется с большим запасом, что гарантирует надежность и работоспособность разработки.