Расчёт прочности переходника

2.6.5.5. Расчёт прочности переходника

2.6.5.5.1. Оценка необходимости проверки прочности основного материала переходника

В предложенной конструкции переходника передняя левая его сторона представляет собой, за счёт длинных рёбер жёсткости и уголка, приваренных к вертикальному листу, замкнутую коробчатую конструкцию, хорошо работающую на изгиб и скручивание относительно всех трёх координатных осей. Чтобы оценить порядок возникающих напряжений сверху, предположим, что уголок 40х40х5 отсутствует. Такое допущение сильно завышает напряжения от изгиба относительно оси Y, что идёт в пользу надёжности расчёта. Определим геометрические характеристики поперечного сечения переходника вблизи стыка вертикального листа с усиливающими рёбрами с горизонтальным листом. Координата центра тяжести сечения по оси X:

Момент инерции будет равен:

Момент сопротивления изгибу:

Изгибающий момент вычислим в предположении, что, имея самые разнообразные частоты вынуждающей нагрузки, можно предположить, что достаточно часто будет происходить наиболее неблагоприятное сочетание гармоник. Поэтому примем, что внешние силы равны наибольшему значению и что силы направленные, по X и по Z дают изгибающие моменты одинакового направления. Для сечения стенки вертикальных элементов переходника с горизонтальным листом момент будет равен:

Н = 100 мм = 10 см — расстояние от среднего по высоте сечения амортизатора;

t = 4 см — толщина амортизатора.

Наибольшие напряжения в металле:

Для обычных малоуглеродистых конструкционных сталей предел выносливости:

Поэтому даже при ориентировочном расчёте, требующем осторожности при оценке действующих нагрузок, можно считать, что основной металл в предлагаемой конструкции переходника нагружен слабо и имеет запас прочности больше обычно принятого.

2.6.5.5.2. Расчёт прочности сварных швов

2.6.5.5.2.1. Оценка величины действующих

нагрузок

Силы

Моменты

2.6.5.5.2.3. Допущения

1. Считаем, что напряжения от приложенной нагрузки распределены в сварном шве равномерно по длине. При сравнительно коротких швах в предлагаемой конструкции переходника такое допущение достаточно обоснованно. Изменение и рост напряжений вблизи зон приложения сосредоточенных нагрузок от мотоустановки и опорных реакций от основной несущей конструкции виброкатка в расчёте компенсируем увеличением коэффициента запаса прочности.

2. Принимаем, что напряжения в швах должны уравновешивать долю нагрузок, приходящихся на усиливающие элементы (рёбра, уголок и т.п.). Доли нагрузок, приходящиеся на эти элементы, рассчитываем по формулам сопромата.

3. Расчёт является проверочным.

2.6.5.5.2.4. Расчёт геометрических характеристик швов в зоне стыка горизонтального листа — платформы с вертикальным и усиливающими рёбрами

Полная длина шва:

Координата центра тяжести шва:

Моменты инерции отн-но центральных осей X и Y:

Наибольшие напряжения среза в шве будет от момента М_y = 8 кНсм. Они определяются из равенства:

Для сварных швов допускаются напряжения:

Для рядовых конструкционных сталей Ст.3, Ст.4:

Даже при коэффициенте концентрации :

С дополнительной нагрузкой от продольных сил:

2.6.5.5.2.5. Напряжения в продольных швах,

соединяющих рёбра с вертикальным листом

Доли нагрузки, приходящиеся на рёбра:

Для длинных рёбер:

Для коротких рёбер аналогично:

Интенсивность равномерно распределённой нагрузки определяется из равенства:

t — высота ребра;

z — число швов; в данном случае z = 2.

Отсюда:

Для коротких рёбер:

Основные выводы из расчёта переходника новой конструкции:

1. Основными нагрузками на переходник и поддерживающие его амортизаторы являются динамические нагрузки, создаваемые работой двигателя. Так от веса агрегата и переходника на каждый амортизатор под переходником приходится нагрузка:

вертикальная — 288 Н;

горизонтальная — 317 Н.

При работе двигателя на номинальной мощности N = 8 л.с. и частоте вращения n = 3000 об/мин расчётом получены максимальные значения нагрузок на те же амортизаторы:

вертикальная — 1272 Н;

горизонтальная — 2391 Н.

2. Основной причиной интенсивности динамических нагрузок является по расчёту близость 2-х собственных частот колебаний моторной установки к частотам гармоник возмущающих сил:

51 Гц к 50 Гц

76 Гц к 75 Гц

Изменить результат возникновения мощных колебаний в резонансе за счёт изменения частоты вращения колен. вала двигателя невозможно, так как и при снижении и при повышении частоты вращения сближаются частоты возмущающих сил с другими собственными частотами установки, так как спектр возмущающих сил моментов содержит значительные по амплитуде гармоники, частота которых кратна целой или половинной частоте вращения двигателя.

3. Прочность самого переходника достаточна как по основному металлу, так и по сварным швам. Наибольшие напряжения сдвига в швах в стыке горизонтального листа — платформы с вертикальным листом и рёбрами жёсткости:

max r_ном < 90 Мпа , что значительно ниже предела выносливости как основного материала, так и материала самого шва.

В проекте следует подчеркнуть, что необходима тщательная отделка шва, чтобы не возникла концентрация напряжений в металле шва и свариваемых элементов.