Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Конструирование узлов и деталей.

Конструирование узлов и деталей.

Устранение и уменьшение изгиба

Во всех случаях, когда допускает конструкция, изгиб следует заменять более выгодными видами деформации -растяжением, сжатием или сдвигом. Целесообразно применение стержневых или близких к ним систем, элементы которых работают преимущественно на растяжение-сжатие. Если изгибное нагружение неизбежно, то следует уменьшить плечо изгибающих сил и увеличивать моменты сопротивления на опасных участках. Особенно это важно при консольном нагружении, наиболее невыгодном по прочности и жесткости.

На рис. 1 приведены примеры полного или частичного устранения изгиба. Плечи углового рычага (конструкция 1) испытывают изгиб от действия сил, приложенных на крайних точках. Введение таврового ребра между концами рычага (конструкция 2) ликвидирует изгиб.

В узле 3 установки ролика на станине лапа крепления подвергается изгибу. Несколько лучше конструкция 4 с усиливающими ребрами. Наиболее рационально установить ролик непосредственного под стенкой станины, работающей в данном случае на сжатие (конструкция 5).

Рис.1

Рис.2

В конструкции 6 шарикового подпятника опорная кольцевая полка подвергается изгибу под действием рабочей нагрузки. В улучшенной конструкции 7 полка усилена ребрами. В конструкции 8 сила передается непосредственно на стенки корпуса, работающие на сжатие.

Кулачково-дисковая муфта состоит из ведущего f и ведомого m дисков, соединенных плавающей шайбой n. В конструкции 9 радиальные выступы промежуточной шайбы расположены попарно в пазах между ведущими кулачками (на рисунке зачернены) и в пазах ведомого диска. Приводные силы и реактивные силы на ведомом диске (светлые стрелки) изгибают выступы шайбы.

Увеличение ширины выступов (конструкция 10) уменьшает номинальные напряжения изгиба, но не устраняет концентрации напряжений у основания выступов.

В наиболее рациональной конструкции 11 выступы на шайбе заменены пазами, в которые попарно входят кулачки ведущего и ведомого дисков. Участки шайбы между пазами работают преимущественно на сжатие.

Конструкция 1 (рис. 2) привода роликового толкателя ошибочна. Направляющая втулка толкателя, выполненная в виде консоли, подвергается сильному изгибу действием приводного кулачка. Крепление конца втулки в станине (конструкция 2) устраняет изгиб.

На рис. 2 приведен пример последовательного упрочнения сварного соединения проушины с трубой. Конструкция 3 нерациональна. Вылет проушины чрезмерно велик; соединение работает на изгиб. Протяженность сварного шва недостаточна; в его крайних верхних точках при изгибе возникают высокие растягивающие напряжения. В усиленной конструкции 4 проушина удлинена по направлению действия силы и подвергается преимущественно растяжению, а сварной шов - преимущественно сдвигу. В еще более прочной конструкции 5 проушина врезана в трубу.

Ниже рассмотрены приемы последовательного упрочнения фланцевого соединения, нагруженного растягивающими силами. Конструкция 6 нерациональна вследствие большого вылета крепежных болтов относительно стенок соединяемых деталей. Уменьшение вылета до предела, допускаемого условием размещения головок болта, а также условиями обработки опорных поверхностей под головки (конструкция 7), снижает изгибающий момент. Дальнейшего упрочнения можно достичь введением ребер (конструкция 8,9) и приближением стенок к оси болтов путем гофрирования стенок (конструкция 10) или расположения болтов в нишах (конструкция 11).

В узле крепления рамного кронштейна со стерж¬нями корытного сечения (рис. 3, 1) во фланце

Рис.3

Рис.4

крепления возникают значительные напряжения изгиба вследствие внецентренного действия растягивающей силы Р. Перенос полок корыта наружу (конструкция 2) значительно уменьшает изгиб.

Грузовой крюк 3 подвергается изгибу моментом, достигающим наибольшей величины Gl в опасном сечении А. В двуроговом крюке 4 изгибающие моменты с обеих сторон уравновешиваются; стержень крюка подвержен растяжению

Изгибающий момент, действующий в опасном сечении Б, снижается до 0,5 Gl' (l' - плечо силы) -при изображенных на рисунке соотношениях в 5 раз по сравнению с исходной конструкцией.

В соединении 5 палец и щеки вилки подвергаются изгибу. В улучшенной конструкции 6, с уменьшенным зазором в проушине, палец работает преимущественно на сдвиг. Изгиб щек устранен путем расположения ребер вилки в одной плоскости со щеками. В конструкции 7 введена дополнительная центральная опора; прочность пальца повышена пропорционально увеличению числа сечений, работающих на сдвиг (в 2 раза).

Источник изгиба, часто ускользающий от внимания конструктора, -это криволинейная форма деталей, подвергающихся растяжению или сжатию. Растяжение ребер криволинейного профиля (конструкция 8) вызывает изгиб, сопровождающийся повышенными напряжениями растяжения на вершинах ребер. Спрямление ребер (конструкция 9) и особенно расположение ребер по линии действия силы (конструкция 70) снижают действующие в них напряжения.

Кольцевые проушины, подвергающиеся растяжению (конструкция 11), испытывают изгиб (штриховые линии), который можно уменьшить усилением участков перехода от кольца к точкам приложения сил (конструкция 12). При необходимости сохранения строго цилиндрической формы (например, случай проушин, несущих подшипники качения) вводят усиливающие перемычки (конструкция 13). В прямоугольной проушине 14 изгиб стенок, перпендикулярных к действию растягивающих сил, передаваясь через угловые сопряжения продольным стенкам, вызывает их прогиб (штриховые линии), который можно устранить усилением поперечных стенок (конструкция 15) или уменьшением жесткости угловых сопряжений (конструкция 16).

При нагружении растяжением-сжатием изгиб нередко вызывается внецентренным приложением нагрузки. В конструкции 17 крепления противовеса коленчатого вала щека подвергаются изгибу; крепежные заклепки также частично работают на изгиб. В вильчатом креплении 18 заклепки работают преимущественно на сдвиг, причем число поверхностей сдвига увеличивается вдвое по сравнению с предыдущей конструкцией.

В сопряжении звеньев транспортной цепи (конструкция 19) звенья вследствие асимметричного расположения проушин испытывают изгиб, а сама цепь под нагрузкой изгибается "змейкой". Симметричное расположение проушин (конструкция 20) устраняет изгиб.

В многооборотном роторе 21 с диском, смещенным с оси симметрии обода, центробежные силы, растягивающие обод, вызывают изгиб обода и диска. В конструкции 22 с коническим диском изгиб несколько уменьшен. Наиболее правильна конструкция 23 с центральным диском, работающим на растяжение.

Рис.5

Изгиб может быть вызван местными неправильностями формы детали на участках приложения сил. На рис. 4 показан пример головок болтов. Асимметрия опорной поверхности головок {рис. 4, а, б), а также неравномерная их жесткость (рис. 4, в...д) вызывают изгиб стержня болта под растягивающей нагрузкой. Устранение асимметрии (рис. 4, е, ж) обеспечивает центральное приложение силы.

Пример последовательного упрочнения шатунно-поршневого сочленения приведен на рис. 5. В конструкции 1 днище поршня, поршневые бобышки и поршневой палец подвергаются изгибу под действием газовых сил. Соединение бобышек с днищем ребрами 2 или сплошными перемычками 5резко уменьшает изгиб. Для увеличения жесткости и прочности днищу придают сферическую вогнутую форму 3...6.

Скос головки шатуна 4 сводит к минимуму протяженность неопертой поверхности днища, и одновременно уменьшает изгиб поршневого пальца. Вместе с тем снижаются удельные нагрузки от газовых сил на рабочих поверхностях поршневого пальца.

При опоре днища поршня непосредственно на головку шатуна 5 или на поршневой палец через вырез в головке шатуна б днище и поршневой палец полностью разгружены от изгиба.

Конструкции 7, 8 подвесного рамного кронштейна, нагруженного растягивающей силой Р (на рис. 5 не показана), являются ошибочными. Вследствие криволинейной формы стержни рамы подвергаются изгибу (светлые стрелки). Изгиб можно несколько уменьшить введением подкрепляющей перемычки т (9) и практически устранить введением сплошной перегородки n между стержнями 10, Последняя конструкция, однако, невыгодна по массе.

Если сохранить рамную схему, то целесообразно применить прямые стержни 11, что приближает систему к ферменной. Изгиб (второстепенного порядка) возникает лишь в результате жесткой заделки стержней в участках сопряжения (в чисто ферменной системе изгиб стержней исключается шарнирным их соединением). В наиболее целесообразной конструкции 12 нагрузку воспринимает усиленный центральный стержень, работающий на растяжение. Боковые стержни придают системе устойчивость в поперечном направлении.

(Продолжение следует.)

Статьи партнеров