КШО Бочаров (1244845), страница 24
Текст из файла (страница 24)
рис. 13.2, в), который можно выполнить подвижным и неподвижным. В такой конструкции исключено возникновение дополнительных напряжений, обусловленных наличием фланца, а также проще создать опору, не вызывающую значительной неравномерности напряжений по окружности цилиндра. Это позволяет уменьшить запас прочности цилиндра. Дальнейшим совершенствованием конструкции является изготовление цилиндров с отьемным дном — составного и двухлойного (рис. ! 3.2, в, г). В такой конструкции возникают практически только радиальные и тангенциальные напряжения. Доступ к внутренней поверхности цилиндра с обоих торцов облегчает его механическую обработку. Уплотнение подвижного соединения может быть расположено на плунжере (см. рис.
13.2, г), тогда цилиндр не будет ослаблен расточкой под уплотнительный узел и высокое давление будет действовать не на весь цилиндр, а лишь на участок, соответствующий ходу плунжера. Часто применяют манжетные уплотнения из пластмасс с малым коэффициентом трения, обладающие по сравнению с резиной повышенным сопротивлением выдавливанию в зазор. При давлении рабочей жидкости 100 МПа и более для предупреждения выдавливания манжеты в зазор применяют специальные бронзовые обтюраторы.
Обеспечение более равномерного нагружения слоев материала цилиндра при одновременном использовании материала с высоким пределом прочности достигают применением цилиндров, скрепленных проволокой или лентой из высокопрочной стали (рис. 13.2, д). Например, цилиндр такой конструкции фирмы АГАВА (Швеция) для пресса силой 140 кН при давлении 400 МПа имеет внутренний диаметр 690 мм, а наружный — 1 260 мм. Подобные конструкции разработаны ВНИИМетмаш. 13.2. Расчет гидроцмлиилров с опорой иа Фланец Расчетиая схема. При расчете цилиндра с опорой на фланец (рис. 13.3, а) рассматривают три зоны: цилиндрическую, опорно- !20 1 и ! оо а б в "" '.
13.3. Схема напряженного состояния материала в стенке цилиндра: ':: —;. с опорой на фланец; б — с опорой на дио; в — области фланца; о„о„о,-- встственно осевое, радиальное и тангенциальное напряжения; Р— сила на "щижере; Ры ве — соответственно наружный и внутренний диаметры фланца; йв — высота фланца; à — толгаина стенки цилиндра '," фланца и дна. В сечении стенки цилиндра, достаточно удаленпм от фланца и от днища, имеет место объемное напряженное яние, показанное на рис.
13.3, а. Рассматривая цилиндричесчасть как толстостенную трубу, нагруженную внутренним "влением Р, можно найти осевое о„радиальное о„и тангенци', ное о; напряжения в произвольной точке сечения цилиндри' кой стенки, воспользовавшись известным решением задачи е 128]: г„~ ое=р т т~ г'в (13.1) Р г (13.2) (13.3) (13.4) гл +гв о~ =Р гп — г, (13.5) тдте гв, г„— соответственно наружный и внутренний радиусы ци- линдра; г — текущий радиус. „;:::,.: Опасная точка, как следует из выражений (13.1) — (13.3), рас- ,фоложена на внутренней поверхности цилиндра. Подставив в вы- 'ражения (13.2) и (13.3) г = г,„получим Осевое напряжение а,.
распределено по сечению стенки равно мерно, лля любой точки сечения его значение находится по фор муле (13.1). Все напряжения являются главными: о, = о„оз = о„а, = =о Эквивалентное напряжение по энергетической теории прочности 1 оз = (% о2) +(о2 оз) +(оз %) /2 Подставив сюда значения оь оь о, для опасной точки сечения, получим (13.6) Условие прочности при объемном напряженном состоянии материала имеет вид (13. 7) где [о[ — допускаемое напряжение; о, — предел текучести материала; л — запас прочности (и = 2,2... 2,5). Напряжения в стенке цилиндра в процессе работы пресса изменяются во времени по пульсирующему циклу.
Поэтому расчет следует выполнять по запасу усталостной (циклической) прочности [471: (13.8) где п, и [л,1 — расчетное и допускаемое значения запаса усталостной прочности; о,„— предел выносливости на растяжение по симметричному циклу; К, — эффективный коэффициент концентрации напряжений; е — коэффициент, учитываюший влияние размеров детали на предел выносливости; [3 — коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности на предел выносливости; о, — амплитудное напряжение; а — среднее напряжение цикла; ~у, — коэффициент влияния ассиметрии цикла на предел выносливости.
Для пульсирующего цикла в нашем случае о„= о = о, /2. Для расчета по формуле (13.8) требуются надежные данные по концентрации напряжений в реальных конструкциях цилиндров, что представляет актуальную задачу для исследования. Поэтому расчет гцдроцилиндров на прочность проводится по формуле (13.7) '«~','гвышенными значениями запаса прочности при определении '«' скаемых напряжений по пределу текучести, Ориентировоч":""':значения допускаемого напряжения: 80 ... 100 М Па для литых -".:"ьных цилиндров, 110...150 МПа для кованых цилиндров из ' родистых сталей, 1б0...180 МПа для кованых цилиндров из ""рролегированных сталей ;:.,::::"3адавшись значением допускаемого напряжения, из (1З.б) о найти наружный радиус цилиндра, выразив его через внут"'.иний радиус: [о) [о)- р~З (13.9) " При замене значения внутреннего радиуса через номинальную цилиндра Г„= яггр получим г „[о) яр[[а1- /Зр) (13.10) ', Проверка прочности донной части и фланца цилиндра.
Плоское :" цилиндра, выполненное за одно целое со стенкой, рассмат'"' ' ется как пластина, защемленная по контуру и нагруженная "'" номерно распределенным давлением. Наибольшие напряжения йствуют в зоне защемления на нагруженной стороне пластины. -'впряженное состояние в этой зоне плоское (о, = О), главные ; ' ряжения определяются по соотношениям 1471: 3 ру'~ о, =а„= — — '; )гг (13.11) 3 ррг„г пг =о йг (13.12) е Ь вЂ” толщина дна; 1г — коэффициент Пуассона. :,:.' Выразив эквивалентное напряжение по энергетической теории чности через оь аг, аг, и приняв р = 0,3, получим условие .; рочности донной части цилиндра ргг о,. =О,б8," < [о) йг (13.13) 123 и Рекомендуется принимать тогшгину дна по соотношению Ь = :":-=:,: (1,2...
1,5)й где г — толщина стенки цилиндра. В зоне расположения фланца (рис. 13.3, в) в плоском сечении 1 — 7 действуют нормальные напряжения от продольной силы н изгибающего момента. В цилиндрическом сечении П вЂ” Пдействуют нормальные напряжения от изгибающего момента и касатель ные напряжения сдвига от продольной силы. На опорной поверх ности фланца действуют напряжения смятия. С увеличением наружного диаметра фланца уменьшаются напряжения смятия, но растет изгибающий момент. Поэтому при конструировании цилиндра наружный диаметр фланца не рекомендуется увеличивать по сравнению с рассчизанным на смятис.
Условие прочности на смятие имеет вид (13.14) где Х>ф, лф — наружный и внутренний диаметры фланца; [О,„,1— допускаемое напряжение смятия. Из этого условия 2)ф — — ~сЯ + 4Г„7л[о,„~. (13.!5) Допускаемое напряжение смятия принимают в пределах 70... 90 МПа (нижний предел принимают в случаях, когда возможно внецентровое нагружение ползуна пресса).
Условие прочности цилиндрического сечения П вЂ” П на сдвиг; ГДги1Ф71 ) < Ц, (13.1б) 124 где Ьф — высота фланца; 1т1 — допускаемое напряжение сдвига, для стальных цилиндров принимается 1т1 = 40 МПа. Для уменьшения концентрации напряжений в месте перехода фланца в стенку цилиндра необходимо предусматривать галтель радиусом г = (0,15...0,2)ь Подобную галтель необходимо предусматривать при переходе от плоского днища к внутренней поверхности стенки цилиндра.
Для повышения усталостной прочности целесообразно упрочнять галтели накаткой роликом, а при механической обработке цилиндра обеспечивать малую шероховатость поверхности галтелей. На основе опыта проектирования и эксплуатации гидроцилиндров условие прочности по изгибным напряжениям выполняется при высоте фланца лф — — (1,5 ... 2)ь Анализ напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов.
Уточненная картина распределения напряжений и деформаций в цилинлре с учетом его реальной формы получена в работе (271 в результате анализа по методу конечных элементов. б 4 3' 1" 2 5 7" 98'76 '\ ° в б в е ж ф«х«с. 13.4. Изолнннн напряжений в материале цилиндра н в зоне концен- траторов: осевых (об -40,8 (1); — 8,73(2); 7,31(3); 23,4 (4); 39,4 (5); — 24,8 (б); 87,5 (7); ';ффе5 (8); 55,4 (9)); б — тантенциальных (ор -(7,3 (Г); — 3,86 (2'); 9,54 (3'); 23,0 ":ф); 36,3 (5'); 49,2 (б'); 63,!(7'), 76,6 (5'); 90,0 (9')); в — радиааьных (о,: -4,75 : фь); 49,6 (2"); 36 (3"); -3$,9 (4 ); -(8,3 (5"); 22,4 (б"); 8,6 (7"); 76,8 (8"); 63,2 (9")); г — ае — зоны концентраторов ,,';- Основные размеры цилиндра: внутренний диаметр е(„= 380 мм, ружный диаметр г(„= 580 мм, толщина дна «з = 150 мм, диаметр ретив для подвода жидкости гге = 60 мм, радиус перехода от е«9«утренней поверхности стенки к дну г, = 40 мм, радиус перехода ''":наружной поверхности стенки к дну гт = 80 мм, диаметр флан- Вф —— 680 мм, радиус перехода от стенки цилиндра к фланцу "3 = 20 мм, габаритный размер цилиндра в направлении оси 1а =- м 1 230 мм.
Материал цилиндра — стальное литье марки 45Л. Дав,'я))3ние жидкости в цилиНдре р = 32 МПа. ",,':,';., Осевые напряжения в средней части цилиндра незначительно 'фзменяются по координате ~, но распределение их по толщине ,,~тонки неравномерное (рис. 13.4, а). Значение о, изменяется от ~39,4 МПа до 7,31 МПа, в то время как расчет по формуле (! 3.1) ',,дает усредненное по толщине стенки значение а, = 24,07 МПа.
В центральной части стенки цилиндра значение тангенциаль':Цого напряжения в точках, лежащих на окружностях одного и :-'-'«т«го же радиуса, существенно изменяется в функции координаты 2 ":(изолинии б; 7', 8') (рис. 13.4, б). В поперечном сечении„прове- .'-'Ленном через точки экстремумов на указанных изолиниях, рас,;:;:«)ределение тангенциальных напряжений практически совпадает ;;;с полученным по формуле Ламе (13.2). В центральной зоне цилиндра высотой приблизительно 150 мм ,;:;;««золинии радиальных напряжений (рис. 13.4, в) 1", 4", 5" близки 125 к прямым, параллельным оси с Распределение радиальных на.. пряжений в этой зоне практически совпадает с полученным по формуле Ламе (13.3). За пределами этой зоны изолинии о,„ис кривляются, т.е, напряжение о, при « = сопм зависит от коорли наты г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
