Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора (стр. 8 из 10)

σ_ПАЛ = Р_гцр ∙ L _ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W _ПАЛ = 743.5 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х σ_тек = 900 МПа (термообработка – закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют совместно.)

5. Расчет пальца проушины рукояти для крепления гидроцилиндра ковша:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;

L_ПАЛ = 250 мм – длина пальца (определяется исходя из ширины рукояти);

Определим площадь сечения пальца, мм²:

А _ПАЛ = 0.785 ∙ d² = 0.785 ∙ 75² = 4415.625 мм²

Определим момент осевой сопротивления пальца, мм³:

W _ПАЛ = 0.785 ∙ r³ = 0.785 ∙ 37.5³ = 41396.48 мм³

Знаязначение усилия гидроцилиндра ковша Р_гцк = 248.6 кН, определим τ_ПАЛ, МПа:

τ_ПАЛ = Р_гцк / 2∙ А _ПАЛ = 248600 / 2∙ 4415.625 = 28.15 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

σ_ПАЛ = Р_гцк ∙ L _ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W _ПАЛ = 375 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х σ_тек = 900 Мпа (термообработка – закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют совместно.)

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с ковшом

Определим размеры поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

1. F₁ = b ∙ (H - h) = 0.196 ∙ (0.118 – 0.075) = 0.00843 м²

^X₁ = b / 2 = 0.098 м

^Y₁ = H / 2 = 0.059 м

2. F₂ = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ 0.021) =

= 0.00638 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b ∙ (H² - h²) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0147 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.02985 м

1.F₃ = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ 0.021) =

= 0.00638 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b ∙ (H² - h²) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0147 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.02985 м

Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты Y_C:

S_X = F₁ ∙ ^Y₁ + F₂ ∙ ^Y₂ + F₃ ∙ ^Y₃ = 0.001737 м³Y_C = S_X/ ∑ F_общ = 0.001737/ 0.021184 = 0.082 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 ∙ (H³ – h³) = 0.196 / 12 ∙ (0.118³ – 0.075³) = 0.000119673 м⁴

2. J_X2 = Bh³ + 2 b ∙ (H – h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ – h/2) ² + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - ^Y₁)= =0.000037432 м⁴

3. J_X3 = Bh³ + 2 b ∙ (H – h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ – h/2) ² + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - ^Y₁)= =0.000037432 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X2 + ( y₂)²F₂ = 0.000066358 м⁴

J_X3 + ( y₃)²F₃ = 0.000066358 м⁴

J_{X общ} =∑J_Xi= 0.000252389 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.00307 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 1-1:

σ= N /F_{всего сечения} = 10.8 МПа,

N = 230 кН;

F_{всего сечения} = 0.021184 м²

σ _ЭКВ =

= 10.8 МПа

Определим сечение рукояти 2-2.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 2-2. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

F = HB - bh = 0.195 ∙ 0.238 – 0.149∙ 0.196 = 0.017206 м²

^X₁ = 0.119 м

^Y₁ = 0.0975 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ –bh³ / 12 = 9.3 ∙ 10^-5 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ –bh³ / 6H = 0.000954 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 2-2:

σ_max= M_изг /W = 46 МПа,

где

М_изг = 44.54 кНм

τ = Q / ∑F_ст = 9.43 МПа,

где

Q = 59.04 кН;

∑F_ст = 0.006258 м²

σ= N /F_{всего сечения} = 13.6 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.017206 м²

σ _ЭКВ =

= 61.7 МПа

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с коромыслом 3-3.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 3-3. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

1. F₁ = b ∙ (H - h) = 0.196 ∙ (0.135 – 0.075) = 0.01176 м²

^X₁ = b / 2 = 0.098 м

^Y₁ = H / 2 = 0.0675 м

1. F₂ = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ (0.0551 – 0.023) =

= 0.00682 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b ∙ (H² - h²) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0169 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.0382 м

1. F₃ = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ (0.0849 – 0.023) =

= 0.0080738 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b ∙ (H² - h²) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.02516 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.05974 м

Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты Y_C:

S_X = F₁ ∙ ^Y₁ + F₂ ∙ ^Y₂ + F₃ ∙ ^Y₃ = 0.00273409 м³

Y_C = S_X/ ∑ F_общ = 0.00273409/ 0.030576 = 0.09 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 ∙ (H³ – h³) = 0.196 / 12 ∙ (0.135³ – 0.075³) =

= 0.000033287 м⁴

2. J_X2 = Bh³ + 2 b ∙ (H – h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ – h/2) ² + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.000156 м⁴

3. J_X3 = Bh³ + 2 b ∙ (H – h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ – h/2) ² + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.000151 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X1 + ( y₁)²F₁= 0.0000346 м⁴

J_X2 + ( y₂)²F₂ = 0.000192 м⁴

J_X3 + ( y₃)²F₃ = 0.000231 м⁴

J_{X общ} =∑J_Xi= 0.000458 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.0051 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 3-3:

σ_max= M_изг /W = 0.13 МПа,

где

М_изг = 0.68 кНм

τ = Q / ∑F_ст = 33.9 МПа,

где

Q = 53.95 кН;

∑F_ст = 0.0015918 м²

σ= N /F_{всего сечения} = 8.78 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.026656 м²

σ _ЭКВ =

= 59.3 МПа

Определим сечение рукояти 4-4.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 4-4. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

F = HB - bh = 0.022876 м²

^X₁ = 0.119 м

^Y₁ = 0.165 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ –bh³ / 12 = 0.0001925 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ –bh³ / 6H = 0.00161 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 4-4:

σ_max= M_изг /W = 27.6 МПа,

где

М_изг = 44.54 кНм

τ = Q / ∑F_ст = 4.9 МПа,

где

Q = 59 кН;

∑F_ст = 0.011928 м²

σ= N /F_{всего сечения} = 10.2 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.022876 м²

σ _ЭКВ =

= 38.74 МПа

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с стрелой.

Определим размеры поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

1. F₁ = b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ (0.135 – 0.075) = 0.0143 м²

^X₁ = b / 2 = 0.119 м

^Y₁ = H / 2 = 0.0675 м

2. F₂ = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ (0.303 – 0.023) =

= 0.01723 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b ∙ (H² - h²) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0115 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.188 м

Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты Y_C:

S_X = F₁ ∙ ^Y₁ + F₂ ∙ ^Y₂ = 0.0073 м³

Y_C = S_X/ ∑ F_общ = 0.0073/ 0.03153 = 0.232 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 ∙ (H³ – h³) = 0.238 / 12 ∙ (0.135³ – 0.075³) = 0.0000404 м⁴ 2. J_X2 = Bh³ + 2 b ∙ (H – h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ – h/2) ² + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.00070024 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X1 + ( y₁)²F₁= 0.000314 м⁴

J_X2 + ( y₂)²F₂ = 0.000936 м⁴

J_{X общ} =∑J_Xi= 0.00125 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.00538 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 5-5:

σ_max= M_изг /W = 16 МПа,

где

М_изг = 86.6 кНм

τ = Q / ∑F_ст = 35.1 МПа,

где

Q = 413 кН;

∑F_ст = 0.01176 м²

σ= N /F_{всего сечения} = 8 МПа,

где

N = 252.7 кН;

F_{всего сечения} = 0.03153 м²

σ _ЭКВ =

= 65 МПа

2.9 Расчет металлоконструкции стрелы

Определим наиболее нагруженное положение стрелы.

В положении 3_Р будет максимальное усилие действующие на шарнир В (стрела и рукоять) от рукояти.

Зная значения максимального усилия гидроцилиндра стрелы, гидроцилиндра рукояти, усилия в шарнире соединения стрелы с рукоятью, методом плана сил определим силы, которые действуют в шарнирах стрелы. Все построения для определения сил, выполним в масштабе.