Приспособление для дефектации шатуна в кривошипно-шатунном механизме трактора (стр. 5 из 13)
Подавляющее большинство болтов работает со значительной предварительной затяжкой. В результате затяжки болта в его поперечном сечении возникают продольная сила и крутящий момент. Таким образом, стержень болта испытывает растяжение и кручение. Резьба болта подвергается срезу, изгибу и смятию.
При стандартизации резьбовых изделий устанавливают высоту головок болтов и гаек, исходя из равнопрочности их со стержнем болта по резьбе. Поэтому для стандартных крепежных изделий, работающих при статических нагрузках, можно ограничиться расчетом по основному критерию работоспособности – прочности стержня болта при совместном действии растяжения и кручения.
Расчетную площадь, Sр, м2, болта, работающего на растяжение или растяжение и скручивание, принимают по расчетному сечению диаметром dр ≈ d – 0,9Р. Болт рассчитывают только на растяжение, а влияние кручения, возникающего при затяжке, учитывают коэффициентом, kзат, значение которого зависит от соотношения параметров резьбы d1, d2, ψ и приведенного угла трения ρ/.
При расчетах для метрической резьбы можно принимать kзат=1,3.
В нашем случае болт поставлен в отверстие с зазором и затянут так, чтобы сила трения, возникающая между поверхностями поверочной плиты, шатуна и крепежной пластины, обеспечивала нормальную работу соединения без относительного смещения деталей.
В этом случае 4
или
и, следовательно, 
(2.1)где F3 – сила затяжки болта, Н,
K=1,2 – 1,5 – коэффициент запаса от взаимного сдвига детали, /4/
Q = 500 ньютонов – сила сдвига, в данном случае она принимается равной средней силе руки человека,
f =0,15 – коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей /4/
Такой болт работает на растяжение и кручение. Учитывая работу болта на кручение коэффициентом затяжки kзат=1,3, получаем следующую расчетную зависимость:
σэкв= kзат∙F3/(z∙Sp)=4 kзат∙K∙Q/(π∙f∙z∙dp2)≤[σср] (2.2)
Используя данную зависимость, мы можем определить расчетное напряжение по следующей формуле 5:
σэкв=4 kзат∙K∙Q/(π∙f∙z∙dp2) (2.3)
где kзат=1,3 – коэффициент затяжки,
Q – сила сдвига, кПа,
π = 3,14,
z – число болтов,
dp = 8 – расчетный диаметр, мм.
Здесь расчетное напряжение обозначено σэкв, МПа, так как оно учитывает совместное влияние нормальных напряжений от растяжения болта и касательных напряжений, возникающих при его кручении.
Подставив полученные значения в формулу 5, получим следующее выражение:
σэкв=4∙1,3∙1,4∙500/(3,14∙0,15∙1∙(8)2) ≈ 120,8
Расчетное напряжение на болт не превышает допустимых напряжений, значит использование болта диаметром 8 миллиметров для закрепления шатуна допустимо.
2.5.2 Расчет пластины на изгиб под действием силы затяжки болта
Под действием внешних сил, перпендикулярных к срединной плоскости, пластина меняет свою кривизну. Это изменение кривизны происходит, как правило, одновременно в двух плоскостях, в результате чего образуется некоторая слабоизогнутая поверхность двоякой кривизны, так называемая упругая поверхность.
Рассмотрим нашу пластину толщиной h = 2-3 миллиметра, нагруженную постоянной силой затяжки болта FЗ = 4333 ньютона, расположенной параллельно оси болта. Деформации перемещения и напряжения, возникающие в пластине, будут также направлены параллельно оси болта.
Прогиб пластины обозначим через ω, мм, а угол поворота нормали через υ, градусы.
Рассчитаем силу сдвига, Q, Н: /5/
Q = Р/2πr (2.4)
где Р – сила воздействующая на пластину, в данном случае она равна силе затяжки болта, то есть Р=4333 Ньютона,
π=3,14,
r – радиус пластины.
Принимаем: /5/
(2.5)где С/1, С2и С3 – произвольные постоянные.
В центре, при r = 0, угол υ = 0. Следовательно, поскольку limrlnr/R=0, постоянная С2 = 0. Величина C1 подбирается так, чтобы функции обращалась в нуль при r = R. Это дает C1 = 0.
Таким образом,
(2.6)Изгибающие моменты принимаем: 5
(2.7) 
(2.8)Эпюры, построенные по этим формулам, представлены на рисунке 10.
Рисунок 10 – Эпюра моментов Mr и Mt
Как видим, в центре изгибающие моменты обращаются в бесконечность, что является следствием того, что здесь обращается в бесконечность поперечная сила. В центре, таким образом, имеет место, как говорят, неустранимая особенность. В реальных условиях сосредоточенных в точке сил не существует – это лишь схема.
Сила прикладывается по небольшой площадке как на рисунке 11 в зависимости, от величины которой будут возникать большие или меньшие напряжения.
Рисунок 11 – Эпюра моментов Mr и Mt
Прогиб в центре пластины при сосредоточенной силе имеет конечную величину, и схематизация реальных условий приложения сил не вносит здесь противоречий:
(2.9)Так как при r = Rпрогиб ω= 0, то
(2.10)откуда
(2.11)В центре
(2.12)где R – радиус нагруженной части пластины, для расчетов мы возьмем наибольшее значение равное 50 миллиметрам,
D – жесткость пластины на изгиб.
Жесткость пластины определяется по формуле 15:
(2.13)где Е – жесткость металла, для стали она составляет 2∙106 кГц/см2,
h = 2 – толщина пластины,
µ - безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом Пуансона.
Для изотропных материалов он не может превышать 0,5.
По формуле 15 определим жесткость пластины:
Подставив полученные данные в формулу 14, получим максимальную величину прогиба пластины, ωmax, мм:
Таким образом, пластина при затяжке болта прогнется всего на 0,04 миллиметров, что в свою очередь ни каким образом не повлияет на точность измерений.
3 Охрана труда
3.1 Общие меры техники безопасности
Охрана труда – это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности, включающая правовые, социально экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия образующие механизмы реализации конституционного права граждан на труд в условиях, отвечающих требованиям безопасности и гигиены. Это право закреплено также в статье 7 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах.
На рабочих постах и в помещениях специализированных производственных участков должны строго соблюдаться правила техники безопасности и охраны труда, а сами они полностью соответствовать общестроительным, противопожарным и санитарно-гигиеническим требованиям. Общие меры безопасности предусматривают соблюдение на рабочих постах участков ТО и ТР следующих основных требований:
1) ключи подбирают по размерам гаек и головок болтов. Не разрешается работать гаечными ключами с непараллельными, изношенными губками, подкладывать металлические пластинки между гранями гайки и ключа, удлинять рукоятку ключа путем присоединения другого ключа или трубы;
2) электроинструменты хранят в инструментальной и выдают для пользования только после предварительной проверки вместе с защитными приспособлениями. Присоединение электрического инструмента к электросети разрешается только с помощью штепсельных соединений;
3) подъемно-транспортные устройства и вспомогательные приспособления должны ежегодно проходить испытания и освидетельствование с оформлением акта или записью в журнале, и иметь таблички с ясно указанной на них датой последующего испытания и допустимой грузоподъемностью;
4) снятие, транспортирование и установку двигателя выполняют с помощью подъемно-транспортных механизмов, оборудованных специальными захватами, гарантирующими полную безопасность работ;
5) ТО и ремонт автомобиля при работающем двигателе запрещается;
6) на агрегатно-механическом участке для выполнения монтажных и демонтажных работ при ремонте агрегатов используют стенды, соответствующие своему назначению;
7) паяльные лампы, электрические и пневматические инструменты разрешается выдавать только лицам, прошедшим инструктаж.
3.2 Требования безопасности при ТО и ремонте
Рабочее место для дефектации деталей кривошипно-шатунного механизма трактора располагается на учебном полигоне. Возможные опасные факторы:
- опасность механического травмирования инструментами, приспособлениями, тяжелыми деталями кривошипно-шатунного механизма, такие как коленчатый вал, блок цилиндров, головка цилиндров, маховик;