1 Анализ и выбор возможного варианта конструктивно-силовой схемы.
Рассмотрим четыре конструктивно-силовые схемы.
Схема 1.
Рисунок 1- конструктивно силовая схема №1
Качалка выполнена из листа и имеет прямоугольное сечение (рисунок 1).
При передаче качалкой изгибающего момента потребуется значительная площадь поперечного сечения, а следовательно и увеличиться масса конструкции. Деталь такой КСС технологически проста.
Схема 2.
Рисунок 2- конструктивно силовая схема №2
Качалка выполнена в виде двутавровой балки с переменным сечением по длине (рисунок 2). Хорошо работает на изгиб и имеет меньшую массу, но более сложна в технологическом плане.
Схема 3.
Рисунок 3- конструктивно силовая схема №3
Конструктивно-силовая схема выполнена в виде фермы (рис. 3). Стержни передают нормальные усилия. Угол между стержнями не велик, следовательно стержни будут частично воспринимать изгиб.
Схема невыгодна тем, что для обеспечения устойчивости сжимаемого стержня, придётся значительно увеличить его диаметр, что ведёт к значительному увеличению избыточной массы.
Можем сделать вывод, что наиболее выгодной с точки зрения минимальной массы является схемы 2 , тем более что ее варианта детали технологичны, изготовляются горячей штамповкой из деформируемых сплавов. После штамповки требуется небольшой объём механической обработки. Способ изготовления выгоден для серийного производства. Выбираем схему 4, так как данный вариант детали имеет меньшую массу.
2 Уравновешивание детали и определение усилий в её элементах.
Представим расчётную схему детали в виде балки (рис. 5). Определим реакции в заделке, моменты, перерезывающие и осевые силы. (рис. 6).
Рисунок 5 – Расчётная схема детали.
Рисунок 6 – Реакции в опорах
Реакция в заделке будет равна по модулю силе P и обратна по направлению.
Для построения эпюр воспользуемся методом сечений:
Рассмотрим
первый участок рамы:
при
Осевые
силы на первом участке не действуют,
поэтому
.
Рассмотрим
второй участок рамы:
при
В
результате изгиба оси на втором возникает
сжимающая осевая сила равная
.
3 Подбор подшипника.
Подшипник подбираем по статическим разрушающим нагрузкам. Наружный диаметр выбранного подшипника определяет внутренний диаметр и толщину проушины детали.
Выбираем радиальный сферический двухрядный шарикоподшипник. Тип подшипника 27 со следующими параметрами:
Вычислим
избыток прочности
,
,
где
– число подшипников, в данном случае
оно равно 1.
.
4 Выбор материала детали.
Руководствуясь характеристиками удельной прочности, проведем выбор материала. В соответствии с расчетной схемой номер 4, которую мы выбрали в качестве КСС качалки. Деталь работает на изгиб. Сведем данные по некоторым материалам, применяемым в качестве материалов штампованных деталей, в таблицу 1.
Таблица 1 – Характеристики материалов
Материал |
σв, МПа |
[σ]р, МПа |
ρ, т/м3 |
[σ]р/ ρ |
30ХГСА |
1100 |
900 |
7,85 |
114,65 |
АК-6 |
370 |
340 |
2,75 |
123,64 |
ВТ6 |
920 |
820 |
4,43 |
185,1 |
МА14T1 |
270 |
250 |
1,8 |
138,89 |
Здесь [σ]р – разрушающее напряжение.
Из таблицы 1 видно, что с точки зрения минимализации массы наиболее подходящим является титановый сплав ВТ6, но он достаточно дорог. Возьмем алюминиевый сплав МА14T1, т.к. он достаточно легкий и обладает хорошими штамповочными и антикоррозионными свойствами.
Обработка: закалка и искусственное старение. [σ]р=250 МПа.