Подбор нормалей. назначение расчетной схемы. определение усилий в элементах детали

2.1. Подбор нормалей. На основании требования о минимальных трении и люфтах в сочленениях детали с тягами и кронштейном подвески устанавливаем в местах их соединения шарикоподшипники (точки 1, 2, 3 в задании).

Для определения усилий в точках 1, 2 и 3 проведем уравновешивание сил, действующих на деталь.

Для определения силы Р₃, Н, составим уравнение равновесия относительно точки 1;

Усилие в точке 1 определим, спроецировав силы Р₁^р ,Р₂^р и Р₃^р ,Н, на оси X и Y. По заданию угол между направлением действия сил Р₃^р и Р₂^р и осями Х и Y равен 45⁰ .

Учитывая, что sin 45⁰ = cos 45⁰ ≈ 0,71, найдем

Результаты приведены на рис. 2.1.

Р₁ = 26000Н; Р₂ = 20000Н; Р₃ = 16670Н.

Рис. 2.1. Уравновешивание детали

Подшипники подбираем по статическим разрушающим нагрузкам в точках 1, 2, 3 [5]. Наружный диаметр выбранного подшипника определяет внутренний диаметр и толщину проушины детали.

В точке 1 для обеспечения работоспособности проводки управления при действии непредвиденных нагрузок из плоскости детали устанавливаем два разнесенных подшипника.

Размеры выбранных подшипников сведем в таблицу.

Номер точки	Тип подшипн.	Статическая разрушающая загрузка, Н	Расчетная нагрузка, Н	η	d, мм	D, мм	в, мм
				1,0
				1,0
				1,02

2.2. Эскизы вариантов конструктивно-силовых схем приведены за рис. 2.2.

Рис. 2.2. Конструктивно – силовые схемы детали

Схема 1

Качалка вырезана из листа толщиной не менее 14 мм (предполагаемая ширина ступицы под два подшипника в точке 1). По всей поверхности проведено фрезерование по толщине подшипников в точках 2 и 3.

Деталь технологична, хотя для изготовления не требуется сложного, дорогостоящего оборудования. Способ изготовления выгоден для единичного производства. Расчетная схема детали - балка, имеющая прямоугольное поперечное сечение. Для детали может быть использован любой материал, допускающий механическую обработку.

Схема 2

Качалка выполнена в виде трех колец-проушин, соединенных между собой стержнями. Вся деталь может быть выполнена монолитной, либо сварена из отдельных колец и стержней. Применение сварки наложит ограничения на материал детали.

Деталь менее технологична. Может быть изготовлена штамповкой или литьем. Места стыка проушины со стержнем (зоны концентраций напряжений) требуют тщательной чистовой механической обработки.

Расчетная схема детали - трёхстержневая ферма, работающая на растяжение - сжатие. Отметим, что у реальной детали не шарнирное соединение стержней, а жесткое. С помощью ферменной расчетной модели правильно оценить напряженное состояние такой детали можно только при достаточно длинных стержнях, для которых влиянием способа заделки можно пренебречь.

Схема 3, схема 4

Оба варианта предусматривают выполнение качалки методом горячей штамповки из деформируемого алюминиевого сплава. Варианты отличаются формой в плане и соответственно путями передачи сил внутри детали.

Детали технологичны. Их форма проста и после штамповки требуется небольшой объем механической обработки. Расчетная схема обеих деталей балочная с постоянной высотой балки. Усилия в ее элементах легко определяются по формулам теории балки.

Сравнительная оценка предложенных вариантов КСС детали показывает:

- в схеме 1 явно "лишний" материал заложен в центре детали, это не позволяет удовлетворить требованию минимальной массы. Деталь не технологична, низкий коэффициент использования материала. Способ изготовления не удовлетворяет требованию серийности производства;

- схема 2 не технологична. Кроме того, подбор сечений сжатых стержней с учетом потери устойчивости, по-видимому, потребует изменения формы сечения. Кроме того, трудно обеспечить высокий ресурс детали в местах крепления стержней к проушинам. Это также не соответствует ТТ;

- схема 3 обеспечивает наиболее длинный путь передачи сил между тягами. Силы передаётся изгибом плеч качалки, имеющих малую строительную высоту. Изгиб, как известно, наиболее материалоёмкий способ передачи сил. Качалка, выполненная по схеме 3, будет наименее жесткой из всех рассматриваемых. Используя схему 3, трудно обеспечить технические требования, касающиеся минимальной массы и достаточной жесткости детали;

- схеме 4 также балочная, но в этой схеме по сравнению со схемой 3 путь передачи сил между тягами минимален. Основной недостаток этой схемы - малая строительная высота плеч качалки.

Рассмотрение вариантов привело к появлению схемы 5, свободной от большинства перечисленных недостатков (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Конструктивно-силовая схема детали

По передаче усилий внутри детали схема близка к ферменной.

В то же время стенка исключает вероятность потери устойчивости стержнями. Отверстие в середине детали убирает "неработающий" материал. Силы между тягами замыкаются наиболее коротким путём. Легко обеспечить достаточную жесткость детали.

Деталь может быть изготовлена горячей штамповкой.

2.3. Выбор расчетной схемы детали. Для выбранного варианта силовой схемы примем: расчетную схему в виде балки со сходящимися поясами (рис. 2.4.)

Рис. 2.4. Расчетная схема кронштейна: