Научная статья на тему 'Расчет на прочность плоского днища с ребрами жесткости'

Расчет на прочность плоского днища с ребрами жесткости Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
932
62
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Коротовских В. К., Вотинов В. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Расчет на прочность плоского днища с ребрами жесткости»

счёт влияния угловой скорости шатуна. Причём, при отрицательных передаточных отношениях (/ й < 0 - кривая 4) влияние мгновенной угловой скорости шатуна больше, чем при положительных передаточных отношениях (/ й > 0 - кривая 3) - кривая 4 выше кривой 3. Наибольшее отклонение закона движения ползуна от косинусои-дального закона наблюдается в среднем положении кривошипа, то есть при £ = О

Таким образом, влияние изменения длины шатуна / на закон движения ползуна кривошипно-ползунного механизма с эксцентриковым подшипником, заменяющим кривошип, противоположно влиянию / вкривошип-но-ползунном механизме без эксцентрикового подшипника. Причём это влияние значительнее для эксцентрикового подшипника с отрицательными передаточными отношениями, то есть для ЗЭПН.

3. Модификация закона движения ползуна по принципусложения двух гармоник

Небольшое конструктивное изменение схем ЗЭП и ЗЭПН, показанных на рис.1, рис.2, позволяет добавить в закон движения ведомого звена 5 вторую гармонику. Для этого достаточно сместить ось ведущей шестерни относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета . При передаточном отношении / равном целому

числу, сложение гармоникдаёт циклически повторяющийся закон движения ведомого звена, который в зависимости от значений , £? и сдвига фаз гармоник будет соответствовать движению с выстоями, ускоренному обратному ходу и иным модификациям.

Расчётная схема ЗЭП с эксцентриситетом ведущего вала, изображена на рис.4б. Для неё уравнение замкнутости векторного контура:

в +е, +1 -1 = О

в h ш ш

В проекциях на оси X и Y:

• cos <рв + eh • cos cph + /,„ • cos <рш = 0;

• sin<рв + eh • sincph + /,„ • sincpm -/ „ -S = 0.

(9)

(10)

S = ee • sin(<^e ) + eh- sin

(Pe 'С i

(12)

характерные виды модификации закона движения ведомого звена, которые могут быть получены с использованием рассматриваемых механизмов

Рис. 6а, 66, 6в - движение ведомого звена с одним выстоем, с двумя выстоями, с ускоренным холостым ходом.

Э Э Э

Зависимость, связывающая между собой углы поворота фв,(рь, (рш.

<р -о, -а-/" )-<р -с = о, (и)

те Т п V вш ' 1 ш вш

где (2 - начальное значение угла (р поворота ведущего вала при сборке подшипника, обеспечивающее требуемую модификацию закона движения ползуна.

Решение системы уравнений (10), (11) в общем случае осуществляется численными методами. В частном

случае при / —> оо , (р —> 71/1 система уравнений (9), (10) упрощается и приводится к аналитическому решению относительно £:

V в" J

В качестве примера на рис.6 показаны некоторые

Рис. 6. Варианты модификации закона движения ведомого звена

По принципу сложения двух гармоник можно получить и другие модификации закона движения ведомого звена.

Заключение

Зубчатый эксцентриковый подшипник - это достаточно простое по конструкции устройство, которое, будучи включённым в состав рычажных механизмов, позволяет решать задачи:

• преобразования вращения ведущего вала в возвратно-поступательное движение ползуна или колебательное движение коромысла с одновременным уменьшением (или увеличением) числа двойных ходов ведомого звена по сравнению с числом оборотов ведущего вала;

• преобразования вращения в возвратно-поступательное движение без шатуна;

• модификации закона движения ведомого звена по принципу сложения двух гармоник.

• ЗЭП может найти применение в насосах, компрессорах, двигателях внутреннего сгорания, виброприводах мельниц и сепараторов сыпучих продуктов, сельскохозяйственной технике и других машинах.

Список литературы

1. Полезная модель 63476РФ, МПКР16С 19/22. Эксцентриковый

подшипник качения /Волков Г.Ю., Курасов ДА.; опубл. 27.05.2007. Бюл. № 15.

2. Заявка на изобретение 2006145161. Бессепараторный роликовый

подшипник /Волков Г.Ю., Курасов Д. А.; от 18.12.2006.

3. Заявка на изобретение 2006145150. Эксцентриковый подшипник

качения /Волков Г.Ю., Курасов ДА.; от 9.07.2007.

4. Заявка на полезную модель 2007126220. Эксцентриковый подшипник

качения /Волков Г.Ю., Курасов ДА.; от 09.07.2007.

5. Шашкин А. С. Зубчато-рычажные механизмы. - М.: Машиностроение,

1971. - 200 с.

В.К. Коротовских, В.А. Вотинов Курганский государственный университет

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЛОСКОГО ДНИЩА С РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ

В статье рассмотрен инженерный метод проверочного расчета на прочность днища топливозаправщика, выпускаемого ОАО «Кургандормаш», г. Курган.

Топливозаправщик предназначен для транспортировки и заправки нефтепродуктами потребителей, расположенных зачастую в отдаленных местностях, часто в условиях бездорожья. В связи с этим при расчете элементов заправщика на прочность возникает необходимость учитывать динамичность приложения действую-

щих нагрузок, что соответствует требованиям Государственного стандарта [1].

Днище топливозаправщика является наиболее напряженным элементом автоцистерны. Оно представляет собой плоскую круглую пластину диаметром 1700 мм и толщиной h = 3,8 мм, подкрепленную сеткой ребер жесткости из равнобоких уголков 50 х 50 х 5. С обечайкой цистерны днище закреплено через опорное кольцо также из уголка размерами 40 х 40 х 4 (рис.1 а). Материал днища - сталь К490В-5- III ГОСТ 16523-89 с пределом текучести ат =220 МПа.

Основная нагрузка на цистерну - гидростатическое давление нефтепродуктов. Для бензина максимальная величина гидростатического давления р в нижней части днища (рис. 1 б) будет равна

p = ph = 7500 1,7 = 0,01275 МПа.

Здесь p = 7500 Н/м3 - удельный вес бензина; h = 1700 мм - высота столба жидкости.

Опорное кольцо и сетка ребер жесткости разделяет днище на 6 зон, из которых наиболее нагруженной является первая - 1. Произведем ее расчет по схеме прямоугольной пластины со сторонами 650х800 мм с шарнирно опертыми краями [2].

Из линейных соотношений (рис. 1) можно установить величину давления на краях пластины: р1 = 0,0125 МПа и р2 = 0,006375 МПа. Числовые коэффициенты в выражениях изгибающих моментов для средней части пластины по направлению х и у, с учетом интерполирования и соотношения сторон в/а = 800/650 = 1,23, определяем по [2]. Наибольшие изгибающие моменты, приходящиеся на единицу длины, для прямоугольной части

эпюры M c давлением р2 и треугольной M - давлением р1 - р2 :

Mx = 0,0647р2а2 = 0,0647 ■0,006375-6502 = 174

2 .

,И ■ мм мм '

My = 0,0502p2a2 = 0,0502 ■ 0,006375-6502 = 135 И - мм

мм И ■ мм

мм

Mx = 0,0323(р1 - р2)а2 = 0,0323 ■ 0,006125 -6502 = 83,6 м" = 0,0251(р. -р„)а2 = 0,0251-0,006125-6502 = 65И -мм .

У 12 мм

Суммарные изгибающие моменты М и М:

мх = Mx + Mx = 174 + 83,6 = 257,6

И ■ мм

My = M" + M"y = 135 + 65 = 200 Соответствующие напряжения:

6Mx 6■ 257,6

мм

И ■ мм

мм

а

h2

3,8

2

107МПа

6Му 6■ 200 02Л/ГГТ

а =—=-=- = 83МПа

У к2 3,82

С учетом динамичности нагрузки Ка = 2 наибольшее напряжение <х

(а К = К-ах = 2107 = 214МПа.

1 х'д д х

Для обеспечения гарантированного коэффициента запаса прочности следует увеличить толщину днища, приняв Л = 6 мм. Тогда:

6Мх 6^ 257,6 ах = —=- =-= 42,9 МПа.

6

2

Таким образом

(ах )д = Кдах = 2 ■ 42,9 = 85,8МПа ,

\Р=0л01275

а) б)

Рис. 1. Общий вид днища (а) и его гидростатическое нагружение (б)

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4

9

что позволяет получить запас прочности

П =

°т -220=2,56.

(ахк 85,8

Давление на круглую пластину днища воспринимается через опорное кольцо и ребра жесткости обечайкой цистерны. Для расчета ребер жесткости полагаем, что они берут на себя ту долю нагрузки, которая приходится на площадь днища, заключенную между ними, а давление на сегментные части воспринимается непосредственно опорным кольцом. Диапазон изменения гидростатического давления по длине ребер от рШп = 0,00112 МПа до ртах= 0,0116 МПа определяется из линейных соотношений (рис. 1).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Расчет ребер ведем по схеме балки с шарнирно опертыми концами и линейно изменяющейся нагрузкой от интенсивности дтах = 0,0116-800 = 9,3 Н/мм до дт(п = 0,00112-800=0,9 Н/мм. Расчетная схема ребер с эпюрами поперечных сил и изгибающихся моментов приведена на рис. 2. Решение позволяет получить значение максимального изгибающего момента тахМ =1270000 Н-мм = 1,72 кН-м.

WH.o. =

1^ = ^ = 6,26см3. У тах 3,5 о

Напряжения в опасном сечении сг

тахМ 1270000

'тах

W,

н.о.

6,26-103

= 203МПа.

Н.О.

■ 2-52,4 = 104,8см ;

WH.0. =

'тах

104,8

£ = 21см3-

4,92

1272200 iS

= 60,6 МПа;

Рис. 2. Расчетная схема ребер с эпюрами поперечных сил и изгибающих моментов

Поперечное сечение ребер жесткости - два уголка 50505, нейтральная ось которых проходит через центры тяжести сечений. Их геометрические характеристики: момент инерции JHO=2-11,2=22,4 см4;

момент сопротивления

21-10-

(отах)д = 2-60,6 = 121,2МПа.

Такое напряжение можно признать приемлемым. Вывод'. Для обеспечения прочности необходимо днище топливозаправщика выполнить толщиной 6 мм, а ребра жесткости установить из уголка 75 х 75 х 8.

Список литературы

1. ГОСТР50913-96. Автомобильные транспортные средства для

транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования.

2. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник: В 3 т. - Т. 1 / Под

общ. ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 832 с.

В.А. Вот и но в, В.К. Коротовских Курганский государственный университет

МЕСТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ДНИЩЕ ЦИСТЕРНЫ ОТ ДЕЙСТВИЯ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ НАГРУЗОК

Для осуществления расчетов на прочность цистерны необходимо определять напряжения в ее днище вблизи мест приложения локальных нагрузок, вызванных выносными элементами, навесным оборудованием или под опорами. Величина данных напряжений может оказать значительное влияние на прочность днища цистерны.

На рис. 1 показано напряженное состояние элемента плоского днища, образованного двумя парами вертикальных и горизонтальных сечений. В общем случае на торцовые поверхности этого элемента действуют нор-I аёйшаопеёёу Ц, Ы2; сдвигающие усилия Т.,, Т2; перерезывающие усилия С^, <32; изгибающие моменты М2 и крутящие моменты Н^ Н2.

01 н, 14,

, ^ Т2

Т1

С учетом динамичности приложения нагрузки напряжение достигает недопустимой величины:

(«тах )д= К д- атах =2-203 = 406МПа.

Для снижения напряжений рекомендуется применить уголок 75 х 75 х 8.

Аналогичные расчеты для этого сечения имеют следующие значения:

,4.

<

02

М2 ) _

м2

Рис. 1. Внутренние силовые факторы в элементе днища

Считая опорную площадку приложения локальной нагрузки на днище незначительных размеров, появляет-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.