Сергей Гаврилов - Расчеты конструктору

.dL = 0,1666 см.. или увеличение диаметра dФ = 0,053017 см.. dФ = 0,53017 мм..

Так как внутреннее кольцо сжимается на ту же величину,

то общее изменение диаметра dФ = 1,0603 мм.. Изменение радиуса:

.dR = 0,53017 мм. Осадка конуса под нагрузкой dH = dR/(tan 20).. dH = 0,53017 /0,36397..

.dH = 1,457 мм.. ( осадка пары конус – кольцо, без учета трения на конусе ).

Расчет производим по И.А. Биргеру. Стр. 173..

Тангенциальное ( растягивающее ) напряжение в кольце Вt = 8943 кгс / кв.см.

Что меньше допускаемого. Пружина будет более долговечна..

# ,,,,,,,

Проверим расчет исходя из заданной осадки конуса dH = 0,7285 мм..

( без учета сжатия внутреннего конуса и без учета трения на конусе ).

Изменение радиуса при осадке dR = dH * tg 20.. dR = 0,7285 * 0,36397..

.dR = 0,2652 мм. Изменение диаметра dd= 0,5303 мм.

Изменившийся средний диаметр Фсри = 118,5662+0,5303 = 119,0965 мм.

Изменившаяся длина окружности Ссри =118,90389 * Pii = 374,152704 мм.

Относительное изменение длины окружности Сотн = (Ссри–Ср) / Ср..

Сотн = (374,152704 –372,486703) / 372,486703.. Сотн = 1,666 / 372,486703..

Сотн = 0,00447265… Далее по закону Гука..

При таком относительном удлинении напряжение растяжения будет:

Врас = Е * Сотн… Врас = 2000000 * 0,00447265… Врас =8945,3 кгс/кв.см.

Для пружинной стали напряжение нормальное..

С учетом того, что коническая часть входящая в кольцо имеет равное кольцу

поперечное сечение т сожмется на ту же величину, то в целом осадка удвоится

и будет равной 1,457 мм.

# ,,,,,,

Тот же самый расчет по И.А. Биргеру. Но при коэф.трения = 0,01.. Gt = 0,57º…

Площадь поперечного сечения кольца пружины: S = 1,68794 кв.см.

Напряжение растяжения: Вр = Q / ( Pii*S*tan ( G + Gt ))…

Вр = 20000 / ( Pii*1,68794*tan ( 20 + 0,57 ))… Вр = 10048 кгс / кв.см.

Осадка конуса в кольцо пружины при приложении назрузки:

.dH = Q*Фср / ( 2*Pii*E*tan ( G )*tan ( G + Gt )*S )…

.dH = 20000*11,85662 / ( 2*Pii*E*tan ( 20 )*tan ( 20,57 )*1,68794 )…

.dH = 0,08 см.. .dH = 0,8 мм. С учетом того, что наружное кольцо и внутреннее

кольцо работают в паре и жесткость внутреннего примерно = наружного, то суммарная

осадка пары колец: .dH = 1,6 мм..

Реальный результат будет между результатами этих двух расчетов..

# ,,,,,,,,,,,,

Расcчитаем кольцевую пружину по формулам книги Р. С. Курендаш.

По расчетам приведенным выше:

Расчетное усилие принимаем Q = 20000 кгс.

Угол: Образующая – Ось кольца: G = 20º.. Высота расточки Lк = 12 мм.

Предполагаемый коэф. трения на конусе: Ктр = 0,1.. ( вибрация )..

Угол трения: Gt = arctan ( 0,1 )… Gt = 5,6666666º…

Наибольший диаметр расточки: Фк = ( Lк × 2 × ( tan 20º )) + Фв.. Фк = 112,7353 мм.

Площадь поперечного сечения кольца пружины: S = 1,68794 кв.см.

Объем кольца пружины: V = 62,8739 куб.см.. Масса = 0,49356 кг…

Средний диаметр кольца пружины: Фср = V / ( S × Pii )…

Фср = 62,8736 / ( 1,68794 × 3,1415926 ) .. Фср = 11,85662 см… Фср = 118,5662 мм.

Напряжение растяжения в сечении кольца:

Врас = 7819,72 кгс/кв.см. Пружина вполне прочна..

Определим осадку жесткого конуса в упругое кольцо пружины:

.dH= 20000*( 11,85662/1,68794) / ( 3,1415926*2*tg(20+5,6666)*tg(20)*2000000 )…

.dH= 140486,27/ 2197937,7… .dH= 0,0639 см..

Поскольку на пружине внедряемый конус выполним с поперечным сечением равным поперечному сечению кольца, то конус сожмется на ту же величину на которую растягивается кольцо.

Поэтому реальное смещение вдоль оси удвоится и будет равно

2*dH = 0,128 см. на комплект Кольцо-Конус.

Проверим расчет исходя из найденной осадки конуса .dH = 0,639 мм..

( без учета сжатия конуса и без учета трения на конусе ).

Изменение радиуса при осадке .dR = .dH * tg 20.. .dR = 0,639 * 0,36397..

.dR = 0,2326 мм. Изменение диаметра .dd= 0,4652 мм.

Изменившийся средний диаметр Фсри = 118,5662+0,4652 = 119,031354 мм.

Изменившаяся длина окружности Ссри =119,031354 * Pii = 373,94803 мм.

Относительное изменение длины окружности Сотн = (Ссри–Ср) / Ср..

Сотн = (373,94803 –372,486703) / 372,486703.. Сотн = 1,461324 / 372,486703..

Сотн = 0,0039232… Далее по закону Гука..

При таком относительном удлинении напряжение растяжения будет:

Врас = Е * Сотн… Врас = 2000000 * 0,0039232… Врас =7846,3 кгс/кв.см.

Для пружинной стали напряжение нормальное..

Расчет напряжения растяжения по глубине внедрения конуса наиболее достоверен.

….. …..

График прогибов, в виду сложной картины деформации кольцевой пружины, рассчитать нереально –

– готовую пружину надо испытать на испытательном прессе со снятием характеристики

Анкерные шпильки предохраняются от обрыва гашением ударных нагрузок кольцевыми пружинами,

кроме того пружины равномерно распределяет нагрузку от станины между шпильками.

Кольцевая пружина хороша тем, что за счет трения на конических поверхностях

гасит колебания при ударных нагрузках при быстром затухании вибраций.

Пружина состоит из отдельных элементов, поэтому ее легко можно ремонтировать

заменив сломанный элемент.

Пружина достаточно проста в изготовлении.

На каждую шпильку с шагом резьбы t = 5 мм. желательно поставить по пять пар пружин

кольцо-конус.

При нагрузке 20000 кгс – пять пар пружин дадут осадку .dH = 8 мм.. По расчету приведенному выше

( без учета трения на конусе ). Для достижения нормальной нагрузки равной 11700 кгс.

Гайку шпильки надо затянуть на 4,8 мм ( доворот на 346 градусов ) после выборки зазоров, затем гайку законтрить по месту штифтом.

Анкерную шпильку обычно рвет в месте, где находится основание гайки.

Без применения пружин – обрыв расположен в верхней плоскости лапы стойки молота,

что осложняет или делает невозможным ремонт анкерной шпильки, методом приварки

нового резьбового наконечника шпильки взамен оторванного.

При применении кольцевых пружин – основание гайки будет поднято над верхней плоскостью лапы стойки- зона обрыва будет выше верхней плоскости лапы стойки.

Ремонт будет возможен.

Кстати все вышеизложенные расчеты эффективнее выполнять используя программы. Программы можно скопировать из книги « Python 3 Полезные программы книга третья ». Программы значительно экономят время и уменьшают вероятность ошибок в расчетах..

Расчет конусной муфты.

Расчет приведен для примера – он похож на расчет кольцевой пружины.

Проверим расчеты по формулам И.А. Биргера – ( по другой литературе ).

Определим давление на коническую поверхность обоймы при внедрении в обойму –

конуса с углом Ось – Образующая = 20º…

Усилие действующее к нормали конической поверхности: F…

Усилие загоняющее конус в коническую расточку: Q1…

Угол конической расточки: G… Угол трения: Gt ….

,,,

Осевое усилие: Q1 = F*2*( sin ( G )) …