Проектирование и расчет проушин подвижных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование и расчет проушин подвижных соединений

План

1. Конструктивные особенности проушин подвижных соединений

2. Особенности работы проушины подвижного соединения и ее расчет на прочность

3. Расчет проушин подвижного соединения

1. Конструктивные особенности проушин подвижных соединений

В проушинах подвижных соединений типа качалок и тяг управления, узлов подвески рулей и других, подвергающихся действию сравнительно небольших расчетных нагрузок и, следовательно, имеющих небольшие размеры, минимальное трение может быть обеспечено применением подшипников качения (шариковых или роликовых). Подшипники запрессовываются в проушину и дополнительно кернятся или развальцовываются (рис. 15.1). Соединение проушины с подшипником становится неподвижным.

Определяющим при расчете на прочность такой проушины становится не смятие, а разрыв. Из-за установки в проушину подшипника ее размеры увеличиваются. Значительная высота подшипника приводит к увеличению толщины проушины а. В связи с этим при расчете проушины на разрыв размер перемычки t часто получается очень малым.

Рис. 1 Проушина подвижного соединения с запрессованным подшипником

В этом случае величину t надо выбирать из условия прочности при запрессовке подшипника.

Ориентировочно, в зависимости от материала проушины, рекомендуются следующие минимальные размеры t:

для проушин из стали ЗОХГСА t = 2... 3 мм;

для проушин из алюминиевых сплавов t =3...4 мм;

для проушин из магниевых сплавов t = 4... 5 мм.

Эти величины учитывают также возможную овальность отверстия под подшипник. При расчете проушины на разрыв коэффициент k, учитывающий концентрацию напряжений, можно не вводить, так как при запрессовке подшипника в стенках проушины возникают сжимающие напряжения, которые снижают концентрацию напряжений от растяжения. Для шарнирных соединений с подшипниками применяются специальные болты из ЗОХГСА или 14Х17Н2 с посадкой f7. В шарнирных соединениях, допускающих ориентировку (перекос), подшипник устанавливается обязательно в средней проушине. Расстояние от плоскости подшипника до внешней проушины с (см. рис. 15.1) определяет возможный угол ориентировки. При проектировании средних проушин с подшипником выбор параметров соединения обычно начинают не с расчета болта, как для неподвижного соединения, а с выбора подшипника под заданную нагрузку. Если подшипник подобран правильно, то отверстие под болт или ось в его внутреннем кольце соответствует шарнирному болту, выдерживающему заданную нагрузку. Толщина подшипника определяет высоту проушины. При этом по ГОСТу толщина проушины

а = а_п + 2f,

где а_п -- толщина подшипника; f-- величина, задаваемая в ГОСТе. Так, для подшипников с внешним диаметром 20... 30 мм принимается f == 0,2 мм; для подшипника диаметром 30... 40 мм f = 0,25 мм.

Рис. 2 Постановка втулок под болт проушины неподвижного соединения: а -- подшипник в проушине с выступающим кольцом; б -- без выступающего кольца

Диаметр проушины определяют из расчета на разрыв с учетом ограничений, накладываемых на размер t. В торцах проушины протачиваются канавки для развальцовки или кернения подшипника. Размеры и расположение канавок нормированы. За счет затяжки болта и большего, чем в подшипнике, трения, соединение болта с внешними проушинами можно считать неподвижным. Поэтому расчетным случаем для них также будет не смятие, а разрыв. Параметры внешних проушин определяют по методике расчета неподвижных разъемных соединений. Если проушины изготовлены из алюминиевого или магниевого сплавов, то для повышения их долговечности и предотвращения от смятия под стальным болтом в них запрессовываются стальные втулки. Если подшипник, запрессованный в среднюю проушину, имеет выступающее кольцо, то втулки заторцовываются заподлицо с наружными проушинами. При отсутствии у подшипника выступающего внутреннего кольца втулки выполняются с буртами (рис. 15.2), упирающимися во внутреннее кольцо подшипника.

2. Особенности работы проушины подвижного соединения и ее расчет на прочность

В проушинах подвижных соединений, работающих при высоких значениях расчетной нагрузки (проушинах подвески рычагов и двухзвенников шасси, тележек шасси и т. п.), применять подшипники качения обычно бывает нецелесообразным, так как из-за этого резко увеличиваются габаритные размеры, а следовательно, и масса соединений. Наличие же несколько большего трения для этих узлов не имеет столь существенного значения. В этих соединениях применяют обычно подшипники скольжения в виде втулок. Проектирование этих конструкций имеет свои особенности. Так, для уменьшения размеров, а следовательно, и массы конструкции в этих узлах уменьшают число подвижных соединений. Это достигается фиксацией болта относительно средней или крайних проушин.

Рис. 3 Подвижное соединение с подшипниками скольжения: а с наружными подвижными соединениями; б с внутренними подвижными соединениями

Рис. 4 Параметры втулки

В соединении (рис. 3) нагрузка приложена по оси элементов соединения, при этом не имеет существенного значения, какое соединение делать подвижным относительно внешних или внутренней проушин. На рис. 3, а показано соединение, в котором болт зафиксирован относительно средней проушины. Соединение крайних проушин с болтом (или осью) является подвижным. Для уменьшения трения в эти проушины запрессованы втулки -- подшипники скольжения. Втулки могут быть изготовлены из бронзы типа БрАЖМц или для особо нагруженных соединений из стали ЗОХГСА. Втулки рассчитаны на определенный ресурс и подлежат замене. Параметры втулок так же, как и подшипников качения, задаются ГОСТом. В соединении, приведенном на рис. 3, б, подвижным является соединение средней проушины с болтом. Относительно крайних проушин болт фиксируется затяжкой, а иногда и дополнительными средствами, например выступом-упором на одной из крайних проушин, в который упирается головка болта, что препятствует его провороту. В средней проушине запрессованы две втулки. Сточки зрения работы под нагрузкой, оба соединения при заданном направлении нагрузки практически идентичны. Незначительным преимуществом обладает первое соединение благодаря разнесению базы вращающихся поверхностей, что положительно сказывается при появлении непредусмотренных боковых нагрузок (уменьшает их влияние и препятствует перекосам). Однако более технологичным является второе соединение. Это объясняется следующим. Для устранения люфта между проушинами выступающую часть втулок надо торцевать точно под размер. При изготовлении первого соединения для торцевания требуется специальная калиброванная фреза, при выполнении второго соединения эту операцию проводят с помощью двух обычных фрез, поставленных на заданном расстоянии.

3. Расчет проушин подвижного соединения

При определении параметров подвижного соединения втулку рассчитывают на смятие под болтом (рис. 15.4). Площадь смятия будет

.

где d -- диаметр болта и внутренний диаметр втулки; а -- длина втулки и соответственно высота проушины; _см.вт = (0,2….0,3)_в.вт; _в.вт -- временное сопротивление на разрыв материала втулки.

Если втулка изготовлена из бронзы ( 60 даН/мм²), то длина ее получается достаточно большой, в результате этого значительно увеличивается размер а проушины. Так как втулка запрессована в проушине, то их соединение является неподвижным, поэтому расчет на смятие проушины под втулкой можно не проводить. Проушину рассчитывают на разрыв по ранее рассмотренной методике с введением коэффициента, учитывающего концентрацию напряжений k. При расчете на разрыв площадь разрыва определяем по выражению

где d_вт -- внешний диаметр втулки; _в-- временное сопротивление материала проушин.

За счет большой длины втулки а, определенной в результате расчета на смятие, при расчете на разрыв потребный радиус сечения получается меньшим, чем d_вт/2, что дает как бы дополнительный запас прочности соединению.

Рис. 5. Подвижное соединение, работающее Рис. 6 Конструктивное оформление подвижного на изгиб соединения, работающего на изгиб

Для подвижных соединений, передающих изгибающий момент от поперечной нагрузки, важен правильный выбор параметров проушины, относительно которой болт подвижен. В сечении О--О (рис. 15.5) действует сила Р и изгибающий момент М = PL. Основной нагрузкой, действующей на проушины, будут силы N₁ и N₂, уравновешивающие и передающие изгибающий момент. Для крайних проушин N₁= PL/l₁, для средней проушины N₂= PL/l₂, где l₂=2a/3 (из-за неравномерностей эпюры сил).

Так как l₁ l₂, то N₁ N₂,. Отсюда следует, что подвижными целесообразнее делать внешние проушины, так как они менее нагружены. Для уменьшения сил N₁ желательно увеличивать расстояние между внешними проушинами. При этом также разгружается болт, так как действующее на него срезающее усилие равно n = PL/a. Если по конструктивным соображениям возможно увеличение расстояния между крайними проушинами, то соединение делают в виде, представленном на рис. 15.6. При дальнейшем увеличении а целесообразно выполнять соединение в виде трех левых и трех правых проушин, соединенных отдельными болтами (рис.15.7). В соединении, показанном на рис. 15.6, применять отдельные болты не следует, поскольку проушины начинают работать, как в односрезном соединении, и нагружаются неравномерно. Общий болт выравнивает нагрузку между проушинами. Кроме того, болт нужен для равномерного восприятия проушинами перерезывающей силы Р в сечении b--b. При отсутствии болта сечение одной проушины надо рассчитывать на полную силу Р. Затяжка болта включает в работу вторую проушину, а перерезывающую силу, действующую на проушину, с некоторым запасом можно принять равной 0,6Р. Параметры сечения b--b рассчитывают из условия одновременного действия растягивающей силы N₁ и срезающей силы 0,6P.

Рис. 7 Крайняя проушина с отдельным болтом. Рис. 8 Смазка болта

проушина подвижной соединение втулка

Напряжение, возникающее в сечении, определяют по третьей теории прочности

Все проушины подвижного соединения требуют обязательной смазки. Смазочный материал должен вводиться между болтом (осью) и втулкой (подшипником скольжения), запрессованной в проушину (рис. 15.8). Как правило, смазывание осуществляется при помощи масленки, вворачиваемой в тело проушины или в головку болта. Для смазывания всей внутренней поверхности втулки в ней делают канавки для протока масла -- кольцевые, спиральные или пересекающиеся. Втулки изготавливают или из бронзы БРАЖМц, или для случая больших нагрузок -- из стали ЗОХГСА. При этом Од стальной втулки должен быть меньше Оу проушины, чтобы при работе на смятие в первую очередь сминалась бы втулка, а не проушина. Кроме того, этим предотвращают возможность возникновения на оси (или болте) рисок или задиров от более прочной втулки. Втулка запрессовывается в тело проушины по внешнему диаметру, а иногда еще дополнительно фиксируется от возможного поворота с тем, чтобы была гарантирована полная неподвижность втулки. Отверстие для оси (болта) внутри втулки выполняется по Н9 или Н8. В соединении применяется шарнирный болт. Если масленка вворачивается в головку болта, то в его теле делают проточки для протекания масла. Чаще в этом случае применяется специальный полый болт, на который выпускается чертеж. Ослабление болта проточками приводит к увеличению его диаметра. Все это влечет за собой увеличение размеров соединения, а следовательно, и его массы. В связи с этим целесообразнее вворачивать масленку в тело проушины.

Ключевые слова и выражения

Проушины неподвижных соединений, коэффициент концентрации напряжений, число поверхностей среза болта, напряжение смятия, площадь разрыва проушины, площадь сечения за проушиной, разрыв проушины подвижного соединения.

Контрольные вопросы

Назначение проушин.

От чего зависит коэффициент k, учитывающий концентрацию напряжений?

Как определяется коэффициент k?

Напишите алгоритм расчета проушины неподвижного соединения.

Как обеспечивается минимальное трение в проушинах подвижных соединений?

Что является определяющим фактором расчета на прочность проушины с подшипником?

Каковы минимальные размеры перемычки проушины из алюминиевых сплавов?

Почему в проушинах подвижных соединений, работающих при высоких значениях расчетной нагрузки, применяются подшипники скольжения?

Как определяется площадь смятия под болтом втулки подвижного соединения?

Литература

1. Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. стр. 59-67.

Размещено на Allbest.ru