Курсовая (Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплинам «Гидро- и пневмопривод», «Гидропневмопривод горных машин», «Гидропневмопривод»), страница 5

3, б, сечение В-В). В этом случае момент сопротивления определитсяd  W  h 2  b1  d  1  ,(60)2 2где b - вылет фланца (см. рис. 3, б);d1 - диаметр опасного сечения.32hаdфS1S0DАe2Аhвhddбe1BDDфd1Bl2l1b1TгhDфDdl2S0TРис. 3. Расчетные схемы фланцев33В этом случаегдеМ = Т3  l1,(61)l1 - плечо приложения силы.При свободных фланцах (рис. 3, в) момент сопротивления определитсяW  Dф  D  2d h 2 .(62)2В этом случаеМ=Т  l2,(63)где Т - усилие на болтах;1: - плечо приложения силы.Момент сопротивления приварных фланцев (рис. 3, г)Таким образом, толщина фланца в опасном сечении определяется извыраженияд = М/W,(64)где М - внешний момент на фланце;W - момент сопротивления в опасном сечении.7.4. Расчет элементов крепления крышекРасчетные схемы соединений крышек с гильзой на внутренних полукольцах или на разрезном кольце круглого сечения показаны на рис.

4, а.Упорное кольцо I рассчитывается на срез и смятие. Напряжение срезакольца определитсяcр = Tс/F,(65)2Dгде Тс - усилие, срезывающее кольцо; Тс = р4F - площадь среза кольца; F = Dl или F =Dd. ТогдарD ср ,(66)4l(для круглого кольца d = l).Напряжение смятия кольца определитсярD 2,(67) см 2Dh  h 2(для круглого кольца h = d).3411АнАDаАDАldlбh1АDDнАРис. 4. Расчетные схемы соединений крышек с гильзойНапряжение в опасном сечении А-А гильзы определитсярD 2 2,2D н  D  h (68)Крепление крышки с помощью наружных полуколец изображено нарис. 4, б.Упорное кольцо I рассчитывается:на срезрD н ср ,(69)4lна смятиерD н2 см ,(70)2D н h  h 235гдеНапряжение в опасном сечении А-А гильзы определитсярD н2,(71)22D н  h   Dр - расчетное давление;D, Dн - диаметры гильзы соответственно внутренний и наружный;h - толщина кольца.При креплении крышек к фланцам на болтах диаметр болта определит-сяd4T С,n д(72)где d - внутренний диаметр резьбы;Т - усилие, действующее на крышку;n - количество болтов;С - поправка к расчетному диаметру (С  3 мм).7.5.

Расчет стяжных шпилекНагрузка, действующая на стяжные шпильки гидроцилиндра, определяется многими факторами: давлением жидкости внутри гидроцилиндра, величиной предварительной затяжки шпилек, положением поршня в гидроцилиндре, способом установки гидроцилиндра.Если шпильки установлены без предварительной затяжки, то нагрузкана них изменяется по прямой 1 (рис. 5, б).Если цилиндр нагружен грузом G (рис.

5, а) и предварительная затяжкаотсутствует, нагрузка изменяется по прямой 2:Tш = pF + G.(73)При наличии предварительной затяжки шпилек нагрузка на них изменяется по прямой 3:1  2GpF + ,kkгде Tз - усилие предварительной затяжки шпилек; - коэффициент Пуассона;р - давление в гидроцилиндре;F - активная площадь;k - коэффициент жесткости,F Lk 1 ц ш ,Fш  L цгде Fц, FШ - площади сечения соответственно гильзы и шпилек;Lц, LШ - длины соответственно шпильки и гильзы.Tш = Tз +36(74)(75)В средних положениях поршня внутреннее давление в цилиндре недействует на гильзу по всей ее длине.

В этом случае можно принять  = 0, тогдаpF  GTш = Tз +,(76)kТочки пересечения прямой 3 с прямой 1 и 2 указывают, при каком давлении в цилиндре произойдет отрыв головок цилиндра от гильзы. Из графиков (рис. 5, б) видно, что чем больше усилие предварительной затяжки, чемпри большем давлении произойдет отрыв.аб3TОО12G10PGРис. 5. К расчету стяжных шпилек7.6.

Расчет проушины, сварного соединении крышки с гильзой ирезьбового крепления поршняЗапас прочности проушины на разрыв (рис. 6) можно определить извыраженияkF n  n т  n   1,5 ,(77)Т штгде k - коэффициент концентрации напряжений;с hk  0,461    1,(78)c  5d 037гдеА-А);h, c, d0 – геометрические параметры (рис. 6, б)Fn - площадь сечения проушины по центру отверстия (рис. 6, сечениеТш - расчетная продольная сила, растягивающая шток.Конструкция проушины рациональна, если ch. Если сh, в расчетахпринимают с=h и определяют расчетную площадь.При расчете пальца изгибающий момент определяют при таком возможном положении проушины цилиндра, при котором соотношение а/b (рис.6, б) стремится к единице: аb c М  Т   ,(79)Lbгде а, b, с, L - линейные размеры (рис.

6, б).Момент сопротивления пальца на изгиб определится4d 3   d1  (80)W1     ,32   d  где dl; d - диаметры соответственно пальца и отверстия. Запас прочностипальца определится Wn  т  n   1,2 .(81)MЗапас прочности сварного соединения крьгшки (проушины) с гильзой(рис. 6, в) определится  4К ш (d  K ш )  т min(82)n n   1,5 ,рнD2где  = 0,65 - коэффициент прочности при угловых соединениях;Кш - катет сварного шва;d - наибольший диаметр, описанный по поверхности шва;тmin - наименьший предел текучести соединяемых деталей шва;D - активный диаметр;ри - испытательное давление (принимается на 50% выше рабочего давления).Соединение поршня со штоком во многих случаях осуществляется спомощью резьбы. Запас прочности резьбового соединения на смятие (рис.

6,г) определится(d н2  d в2 ) т(83)n n   2,5 ,4k н Т штгде dн, dв - диаметр резьбы соответственно наружный и внутренний;т - наименьший предел текучести материала соединяемых деталей(гайки или штока);kн - коэффициент нагрузки (табл. 7);Тшт - сила гидроцилиндра при работе штоковой полостью.38аAhCd0A-AAFпCбdd1Tc/2 c/2abLКшdDвгdнdidвdндРис. 6. Расчетные схемы проушины, пальцев, сварных швов и резьб39Таблица 7dн/Skнkргде60,450,8370.370,71Значения коэффициента нагрузки8910111213140,33 0.30 0,25 0,25 0,23 0,22 0,210,62 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56150,190,56160,180,56Запас прочности по срезу витков штока определится  dв  k н  H  т  k р(84)n n   1,6 ,Т штkн - коэффициент полноты резьбы (для метрических резьб kн = 0,87;kр - коэффициент распределения нагрузки (см.

табл. 7);Н - расчетная высота гайки;т - предел текучести материала штока на срез.Запас прочности по срезу витков гайки определится  dн  k н  H  т  k р,(85)nТ штт - предел текучести материала гайки на срез.7. 7. Расчет гидроцилиндров на устойчивостьУсловия продольной устойчивостиТ крТ кр(86)n1  n1 ; n 2  n 2  ,ТшТигде n1, n2 - запас устойчивости при действии на шток соответственно продольной расчетной силы Тшт и Ткр при испытании;Ткр - критическая сила для гидроцилиндра, в качестве которой принимают наименьшее из значений эйлеровой силы Тэ и критической силы построительным нормам Тс;[n1] - минимально допустимый запас устойчивости, [n1] = 1,4;[n2] - минимально допустимый запас устойчивости при испытании поГОСТ 18464-87, [n2]=1,1.Для гидроцилиндров, конструктивная схема которых соответствуетрис.

7, расчетная продольная сила, сжимающая шток, определится  D2Тш  р,(87)4где р - расчетное давление в поршневой полости, равное давлению настройки предохранительного клапана отчетом превышения давления при его срабатывании.Для гидроцилиндров эйлерова сила определится402  E ш J ш,(88)L2где k - коэффициент устойчивости (табл. П.1 и П.2);Еш - модуль продольной упругости материала (табл. П.3);Jш - осевой момент инерции площади поперечного сечения штока;L - длина гидроцилиндра (см.

рис. 7).Критическая сила по строительным номерам определится(89)Т с    Fш   т.ш ,где  - коэффициент продольного изгиба в зависимости от предела текучести т.ш материала штока и приведенной гибкости гидроцилиндра (табл.П.4).Приведенная гибкость гидроцилиндра определитсяL,(90)JшkFшгде Fш - площадь поперечного сечения штока.Тэ  kПример.Гидроцилиндр выполнен по схеме, показанной на рис. 7, в.Исходные данные. Поперечная сила N=0.Диаметр цилиндра: внутренний D=100 мм, наружный Dн=114 мм; диаметр штока d=50 мм; расчетное давление р=20 МПа; ход штока S=800 мм;общая длина L=1886 мм; длина участка жесткости L1=870 мм.Материал штока - сталь 30ХГСА; модуль упругости согласно табл.

П.З.Eш=1,981011 Н/м2; прeдeл тeкучecти т.ш=600106 H/м2.Подставив числовые значения в (87) получим20  106  3,14  012Тш  0,157  106 Н.4Предварительно вычислив величины коэффициентов  и  (см. табл.П.2). = L1/L =870/1886 = 0,46;Е 2 J 2 1,98  1011  340  10 8 11,02 ,Е1J1 1,98  1011  30,7  10 8находим по табл. П.2 значение k=1,77.Определим (согласно 88) эйлерову силу3,14 2  2,1  1011  30,7  10 8Т э  1,77 0,3  106 Н.21,886Вычисляем (в соответствии с 90) гибкость гидроцилиндра411,886 113,3 .30,7  10 81,7719,63  10 4Коэффициент продольного изгиба находим интерполированием потабл.П.4: =0,189.Сила по строительным нормам (согласно 89)Tс = 0,18919,6310-4600106 = 2,4  105 H.т.е. критическая сила Tкр = 2,4  105 Н;Условие устойчивости (по 86)Т кр 2,4  105n1  1,53 .Т ш 15,7  10 4Условие устойчивости выполнено, так какn1   n1.7.8.

Расчет штока на прочностьЗапас прочности штока в сечении А-А определится из уравнения.n  Tш (f н  n  f TN ),(91) т.ш  n   Tш W1  n Тэ где  - напряжение на штоке без учета прогибов;МT  ш  TN ;FшWТш - расчетная продольная сила;fн - начальный прогиб, равный геометрической сумме прогиба от зазоров в заделке штока с цилиндром (первым цилиндром в телескопическихгидроцилиндрах), заделке первого цилиндра со вторым и т.д.

и прогиба отсобственной силы тяжести гидроцилиндра;fТN - геометрическая сумма прогибов fT и fN от действия продольной силы Т и поперечной силы N;W - момент сопротивления штока;МТN - геометрическая сумма изгибающих моментов МT и MN (Мт =Тшен - изгибающий момент от силы Тш; MN - изгибающий момент от силы N);ен - эксцентриситет силы Тш в сечении А-А.Запас прочности штока есть меньшее положительное значение корня,полученное в результате решения квадратного уравнения (91) относительноn.n1, 2c2c 22  c3 ;2442c2 Tэ    W  Tэ  Tш  f н  Tш   т.ш  W;c1 Tэ   т.ш  W;c3 c1c1  Tш  (Tэ  f TN    W) .Для одноступенчатого гидроцилиндра начальный прогиб определится  L1 bfн  L2   ,bL 2где L1, L2 и L - длины выдвинутой части штока, корпуса цилиндра и гидроцилиндра соответственно; - диаметральный зазор в сопряжении штока с цилиндром ( = 0,3мм);b - база заделки штока в цилиндре;b1 и b2 - база заделки штока в первом цилиндре и первого цилиндра вовтором.Для двухступенчатого гидроцилиндра начальный прогиб определится(см рис.

8)L    2 f н  1  1  L 2   1  2 L 3  1,L  b1bb2 12 где 1 и  2 - диаметральные зазоры в сопряжении штока с первым цилиндром и в сопряжении первого цилиндра со вторым.Эксцентриситет силы Тш определитсяLe н  e A  1 e B  e A  ,Lгде еА, еВ - эксцентриситеты в шарнирных опорах соответственно А и В.R e A  e 0  rA   arctg A  arctg A  ;Tш R e В  e 0  rВ   arctg В  arctg В Tш где l0 - эксцентриситет центров опор из-за погрешностей изготовления,10=1,5мм;гА и гB - радиусы опор штока и цилиндра;A и B - коэффициенты, учитывающие тип опор; для опор каченияшарнирных на пальцах =0,02; для опор скольжения =0,15;RA и RB - реакции в опорах от поперечной силы.Изгибающий момент от действия сил Т и N определитсяMT = Tш  ен,MN = N  L1.43LаL1(EJ)1L2BA(EJ)2NrBеНТlнfнfpеНLбL1BS(EJ)1L2(EJ)2NrBd1D1d2rAALвL1L2(EJ)2D1rAd1d2ND2B(EJ)1Рис.

7. Схемы нагружения цилиндров44D2ТеВеАrALBLALCB1B2AA(EJ)1(EJ)2(EJ)4(EJ)3(EJ)5ТL1L4L3L2ТL5LРис. 8. Схемы нагружения гидроцилиндровсяПрогиб в сечении А-А гидроцилиндра от действия силы Тш определитfT Tш  L1  L 2B  L2 2L212L22 L 3L1  L 2    L1 L1  3L 2 ee 2 A B ;E2  J2 E2  J2 E1  J 1  E1  J 1при еА = еВ = еfT Tш  e  L1  L 22L L1L2  . E1  J 1 E 2  J 2 Прогиб от N в сечении А-А гидроцилиндра определитсяN  L1  L B  2E1  J 13322fN 2LL2LLLL3LL1B1 1 2,E2  J2B  E1  J 1  L2 где LB - расстояние от опоры В до точки приложения силы N.45Коэффициенты, учитывающие дополнительные прогибы вследствиеформации заделанной части штока в цилиндреот продольной силы Тш2 B  0,5B minkТ  1 ,3L1от поперечной силы NB  0,5B mink N  1,L1где Bmin - минимальная база сопряжения штока с цилиндром при полностьювыдвинутом штоке.Расчетный прогиб от сил Т и N в сечении А-А при любых опорах определитсяfTN = fT  kT + fN  kN.Пример.Гидроцилиндр выполнен по схеме, изображенной на рис.