трутнев. Учебнометодическое пособие для студентов специальности 110305 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции

• Название: Учебнометодическое пособие для студентов специальности 110305 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции
• Анкор: трутнев
• Дата: 01.05.2022
• Размер: 2.33 Mb.
• Имя файла: n.v._trutnev_kursovoe_i_diplomnoe_proektirovanie_po_tehnologii_i.doc
• Тип: Учебно-методическое пособие; #506771
• страница: 22 из 37

11. ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

Прочностные расчеты конструкции узлов и деталей, обеспечивающих работоспособность машины, являются составной частью процесса проектирования. Под работоспособностью понимается выполнение машиной, узлом, деталью определенных функций в течение заданного времени без поломок и внеплановых ремонтов. Конструкцию считают работоспособной, если она удовлетворяет заданным параметрам прочности, жесткости, износостойкости, виброустойчивости, теплоустойчивости.

При расчете детали определяют ее размеры, обеспечивающие работоспособность. Расчеты бывают поверочные или проектные. В первом случае определяют запас прочности в опасных сечениях исравнивают значения внешних сил и упругих деформаций, определяют материал, форму и размер деталей. В процессе расчета не все значения параметров бывают известны, поэтому ими задаются, исходя из опыта работы о учетомпараметров известных конструкций машин, имеющих аналогичные узлы и детали.

11.1.Расчет на прочность

Расчет позволяет обеспечить надежность работы, деталей машин и
узлов при минимальной массе. Обеспечение прочности деталей достигается при следующем условии:

, (11.1)

где σ, τ – расчетные нормальные и касательные напряжения в опасном сечении, Н/м²;

[σ], [τ] - допускаемые нормальные и касательные напряжения для выбранного материала, Н/м²;

σ_П - предельные напряжения в опасном сечении, Н/м²;

n_P, [n] - расчетный и допустимый коэффициент запаса прочности.

Значения действующих напряжений (σ, Н/м²) определяют по формулам сопротивления материалов:

при осевом растяжении и сжатии

, (11.2)
при плоском изгибе прямолинейных балок

, (11.3)

при кручении цилиндрических стержней

, (11.4)

где F– нагрузка, Н;

S – площадь сечения деталей, м²;

М_И - изгибающий момент, Н∙м;

W_E – момент сопротивления относительно поперечной оси, м³;

F_П - поперечная сила, Н;

Y -момент инерции, м³;

b –ширина балки, м;

М_КР – крутящий момент, Н∙м;

W_P – момент сопротивления (W_P =0,5∙π∙R; R - радиус стержня, м) м³

При действии на конструкцию одновременно нескольких видов нагрузок определяют напряжения, суммируют, алгебраически, а касательные – геометрически. В сложных ситуациях определяют эквивалентное напряжение по соответствующим теориям прочности.

11.2. Расчет на жесткость

Расчет на жесткость проводят для ограничения упругих деформаций.

Обеспечение необходимой жесткости детали достигается при соблюдении условий:

, (11.5)

где l, [l] - перемещение расчетное и допустимое, м;

δ, [δ] – прогиб расчетный и допустимый, м;

ψ, [ψ] – угол поворота сечения при изгибе расчетный и допустимый, град;

φ, [φ] – угол закручивания расчетный и допустимый, град.

Иногда для обеспечения заданной жесткости увеличивают коэффициент запаса прочности и ограничиваются прочностным расчетом.

11.3. Расчет на износоустойчивость

Выбирают размеры контактирующих поверхностей, при которых соблюдается условие:

σ_К ≤[σ] , (11.6)

σ_К, [σ] – удельное расчетное давление (напряжение) на трущиеся поверхности и допустимое (определенное экспериментально контактное напряжение, Па).

При расчете на виброустойчивость проверяют условия отсутствия резонанса при длительном режиме работы:

λ_С ≠λ_В, (11.7)

где λ_С, λ_В – частота колебаний конструкции собственная и вынужденная, Гц.

При тепловом расчете определяют температуру нагрева (охлаждения) деталей и выбирают способы обеспечения условия:

t≤[t] , (11.8)
где t, [t] – средняя расчетная и допустимая температура детали, ºС.

Расчетную температуру детали t определяют из условия теплового баланса:

Q_ПР – Q_ОТ=Q_H, (11.9)

где Q_ПР – количество теплоты, поступающей на нагрев детали, Дж;

Q_ОТ – количество теплоты, отводимой от детали, Дж;

Q_Н – количество теплоты, аккумулируемое (накапливаемое) деталью, Дж.