Расчёты на прочность при растяжении

Пояснительная записка

Звенья механизма:

1: Кривошип: вращается вокруг  своей оси О на 360^о.

2: Шатун: совершает плоскопараллельное  движение.

3: Коромысло : совершает качательное движение.

4: Канат.

5: Поршень со штоком : совершает возвратно-поступательное движение.

6: Неподвижное звено.

 

Структурный анализ механизма.

 

1.Число степеней свободы  механизма.

Используем формулу Чебышева:

W= 3n- 2p₅ - p₄ = 3 * 5 – 2* 7 – 0 = 1, где

n=5   число подвижных звеньев;

p₅=7   число кинематических пар 5-го класса (O, A, B, C, D, E, E₁ )

p₄=0   число кинематических пар 4-го класса.

 

2.Разбивка механизма на  структурные группы профессора  Ассура.

Начальные звенья: 1 и 6. Рис. 1.

Диада №1:2 и 3. Рис. 2.

Диада №2:4, 5 и 6. Рис. 3.

W=1(число степеней свободы), следовательно механизм имеет одно ведущее звено: кривошип OA, звено 1.

 

Кинематическое исследование M

1. Планы Положений M (ППМ)

,

Где  = 0,5 м – длина кривошипа(по заданию на курсовой проект)

                  = мм  – отрезок на плане положения механизма.

2. План V M  (ПСМ)
1. =  1,5 * 0,5 0,75 мм

 

=

- Угловая скорость кривошипа;

- 15 -  частота вращение кривошипа

2. определяем из векторного уравнения

 

 

 

3. Масштаб ПСМ:

 

                V_A = 0.75 – скорость точки A;

= 50 мм – отрезок на плане скоростей механизма.

4. Из  ПСМ находим:

 

 

 – отрезок  на Плане Положения Механизма

                  - масштаб плана скоростей

 

  = 30 мм – отрезок на плане скоростей механизма;

= – масштаб плана скоростей механизма.

 

5.  находим методом подобия

 

 

 

 

- отрезок на Плане Положения Механизма

= – масштаб плана скоростей механизма.

 

6.   находим методом подобия

 

 

 

 

= 50 мм – отрезок на плане скоростей механизма;

= 110 мм – отрезок на плане положения механизма;

= 20 мм – отрезок на плане положения механизма.

 

=   мм – отрезок на плане скоростей механизма;

= – масштаб плана скоростей механизма

7. - находим из векторного уравнения.

,

Где  ;  

 

= мм – отрезок на плане скоростей механизма;

= – масштаб плана скоростей механизма.

1.8)

3. План Ускорений Механизма (M)
1.      

 

где – угловая скорость кривошипа;

 – частота  вращения кривошипа;

L_OA = 0,5 м – длина кривошипа (по заданию на курсовой проект).

 

2. Масштаб Плана Ускорений Механизма

  
,

 

= 56,25 мм, отрезок на Плане Ускорений Механизма

3. находим из векторного уравнения:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

4. Силовое исследование механизма

Цель: получить  данные о реакциях кинематических пар, для получения данных используемых в расчёте на прочность.

4.1. Диада №2 (звенья 4, 5 и 6).

Сила тяжести действующая на шток (звено 5):

 

– сила тяжести штанги;

 – сила тяжести поднимаемой жидкости.

Сила действующая на точку D.

 

Сила  находится:

_;

 

 

 не учитываются

- сила тяжести действующая на шток

- - сила тяжести  поднимаемой жидкости

4.2. Диада №1 (звенья 2 и 3).

4.2.1. Рассмотрим силу                                      

 

 

4.2.2. Рассмотрим силу

 

 

 

 

 

4.2.3. Рассмотрим силу

 

 

 

 

– сила действующая в точке D;

– отрезок на плане положения механизма;

= – масштаб плана положения механизма;

 – сила тяжести противовеса;

– отрезок на плане положения механизма;

 – длина  звена BC;

4.2.3. Рассмотрим силы

Составим векторное уравнение  сил диады 1:

 

 

  E₁D.

  E₁D.

 BC.

 BC.

 AB.

 

4.2.4. Строим план диады №1

Масштаб плана сил диады:

 

– сила тяжести  противовеса;

 – отрезок  на плане сил диады.

 

 – отрезок  на плане сил диады

Из плана сил диады  находим :

 

где – масштаб плана сил диады;

– отрезок на плане сил диады.

 

Из плана сил диады  находим :

 

где – масштаб плана сил диады;

– отрезок на плане сил диады.

4.2.5. Силовое исследование группы начальных звеньев (звенья 1 и 6).

Силы действующие на группу начальных звеньев показаны на рис.

Сила .

 

 

Сила .

Сумма сил действующих  на группу начальных звеньев:

 

 

 Уравновешивающий момент .

Составим уравнение момента  сил звена 1 относительно точки O:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Расчёты на прочность при растяжении.

5.1.  Шток (штанга) испытывает  деформацию растяжения.

Продольная сила в сечении: N

N=F= 35 * Н.

Условия прочности при  растяжении:

 

N=F= 35 * Н – продольная растягивающая сила (= внешней силе F).

 

Где. А -  площадь поперечного сечения штанги.

- нормальное напряжение  растяжения [Н/]= [МПа]

- 160 МПа - допускаемое напряжение  растяжения, для стали  45.

 

Условия прочности выполнены  запас прочности считается по пределу текучести.

 

Где – предел текучести.

[n] 1, 5…1, 75- дополнительный запас прочности

 

5.2. Проверка стрежня на прочность.

F= 20 кН =

= 160 МПа - допускаемое напряжение растяжения

 

 

Толщина стержня () = 5 мм

Условия прочности при  растяжении:

 

 

 

 

 

 

Условия Прочности Выполнены.

Стержень недогружен.

Данный расчёт - проверочный расчёт на прочность.

5.3 Проектный расчёт толщины стрежня

F= 20 кН = -растягивающая сила

= 160 МПа - допускаемое напряжение растяжения

 –диаметр стрежня

Условия прочности при  растяжении:

 

 

 

 

По ГОСТ 6636-80 принимается  = 25 мм

5.4.  Определение допустимой нагрузки

= 25 мм – диаметр стержня

= 160 МПа- допускаемое напряжение растяжения

=? – дополнительная нагрузка

 

 

 

 

 

5.5. Проверка на прочность при сжатии

- сила сжатия

- диаметр отверстия  1

- диаметр основного отверстия

 –  допускаемое напряжение сжатия

 

Условия прочности при  сжатии:

 

 

 

 

Условия прочности не выполняются, произойдёт потеря устойчивости.

5.6. Определение длины стрежня.

F= 5 кН= - сила растяжения

 = 50 мм-ширина стрежня

 - длина стрежня

- толщина стрежня

 

 

 

 

5.6. Расчёт на прочность при кручении.

Условия равновесия при кручении:

 

 

- полярный момент  сопротивления поперечного сечения

 

 

 

 

 

 

 

5.7. Определение диаметра вала кривошипа, если

 

 

 

 

 

 

 

- полярный момент  сопротивления поперечного сечения

 

 

По ГОСТ 6636-80 принимаем 

5.8. Расчёт штока глубинного насоса на прочность

- сила реакции  звена 4 на звено 5, то есть кривошип вращается медленно.

- угловая скорость  кривошипа

 

Действием сил инерции  пренебрегаем, тогда

 

 –  допускаемое напряжение для стали 45

Шток рассчитываем на прочность, при растяжении условия прочности при растяжении.

 

 

 

Требуемый диаметр стали:

 

По ГОСТ 66336-80 принимает 

 

 

 

6.Кинематическая схема привода глубинного насоса с двойным планетарным отношением

6.1. Общее передаточное отношение привода.

 

 

Принимает , тогда.

 

Используем: двухступенчатый планетарный редуктор

 

6.2 Подбор чисел зубьев планетарного редуктора

Требуется соблюдение условий:

 

Условие состоит из:

(2)

 

 

Условие сборки:

 

Где, K- число сателлитов

q- любое число.

6.3. Условия отсутствия подреза ножки зуба

 

6.4 Решаем задачу методом приближения.

 

Из условий (2) находим.

 

 

 

 

Условия выполнены,

6.5. Диаметр колёс определяем

 

 

 

- модуль зубчатых колёс