Расчет конструкторской разработки

Рассчитываем на прочность наиболее нагруженные части и соединения, для определения надежности и работоспособности конструкции в целом. Расчет производим при максимальном давлении 40 МПа.

Расчет объема бачка

Для проведения испытаний используется дизельное топливо, которое заливаем в бачок, объем которого находим по формуле:

V = πR2H (3.1)

где R – внутренний радиус, мм2;

Н – высота цилиндра которая заполняется испытательной жидкостью.

V = 3,14×152×196,5 = 138827 (мм2) = 0,14 (л.)

Этого объема достаточно для проведения испытаний.

Расчет усилия на рукоятке

Рассчитываем усилие [15] необходимое для создания заявленного давления в рабочей полости, в размере 40 МПа, которое действует на клапан диаметром 6 мм. Для этого рассмотрим рукоятку как нагруженный стержень.

Рис. 3.1 – Схема действия сил, эпюры моментов и усилий

Найдем усилие действующее в точке А по формуле:

РА = (3.2)

где Р – давление, Па;

d – диаметр клапана, м.

РА = = 1130 (Н)

Для нахождении усилия руки РС составляем уравнение моментов относительно точки В.

Σ МВ = 0 (3.3)

РС (l1+l2) – PAl2 = 0 (3.4)

РС = РАl2/(l1+l2) (3.5)

где l1 – расстояние между точками А и С, м;

l2 – расстояние между точками А и В, м.

РС = 1130×0,032/0,244 = 148,2 (Н)

По результатам расчета видим, что усилие на рукоятке составляет приблизительно 15 кг, это в пределах допустимой нормы от 15 до 20 кг.

Расчет на прочность сварных швов

В первом случае рассчитываем, сварной шов [15] между корпусом и кронштейном, он испытывает растягивающее усилие и при этом работает на срез.

Для определения прочности нам необходимо знать реакцию в точке В, которую мы находим по выше приведенной схеме на рис. 3.1. Составим уравнение моментов относительно точки А.

РСl1 – RBl2 = 0 (3.6)

RB = РСl1/l2 (3.7)

где RВ – реакция в точке В, Н.

RB = 148,2×0,212/0,032 = 981,8 (Н)

Условие прочности на срез имеет вид:

(3.8)

где Fшва – площадь шва, м;

τ – касательное напряжение, которое материал способен выдерживать длительное время, МПа.

Касательное напряжение находим по формуле:

(3.9)

где σ – допустимое нормальное напряжение, МПа.

Находим допустимое нормальное напряжение по формуле:

(3.10)

где σТ – предел текучести материала, МПа, для стали 45 σТ = 340 МПа;

n – коэффициент запаса, принимаем 2,125

σ = 340/2,125 = 160 (МПа)

τ = 160/2 = 80 (МПа)

Площадь сварного шва находим по следующей формуле:

Fшва = 2×a×β×hшва + 2×b×β×hшва (3.11)

где а – ширина провариваемого элемента, м;

b – длина провариваемого элемента, м;

β – коэффициент зависящий от способа сварки, для ручной однопроходной сварки β = 0,8;

hшва – высота катета углового шва, м.

Fшва = 2×10-4×0,8×4×10-3+ 2×37×10-3×0,8×4×10-3 = 300,8×10-6

Проводим проверку на прочность

τср = 981,8/ 0,0003 = 3,27 ≤ 80 (МПа)

Условие прочности выполняется, значит, данный шов выдержит нагрузки.

Расчет шва толкателя на разрыв производим, прибегнув к некоторым упрощения, будем считать, что толкатель жестко закреплен и на него действует сила РА.

Используем формулы (3.8) и (3.11), но при этом вместо RB подставляем РА и получаем: