Расчет на прочность штока. Исходные данные. Сталь 30Х13. Свойства: предел текучести: [σт]=710 Мпа; плотность: 𝜌 = 7,67 ∙ 103 кг/м3; модуль Юнга: Е=2.23∙105 Мпа; коэффициент Пуассона: u=0,3. Выбираем в качестве допустимого напряжения предел текучести материала. Рассматриваем два варианта расчета: 1) На растяжение: поршневые газовые силы действуют на резьбовое соединение гайки на штоке. 2) На сжатие: поршневые газовые силы действуют на площадку под поршень на штоке. Нагрузка на шток при варианте расчёта: 1) Рг1= -57,067 кН - нагрузка на растяжение; 2) Рг1= 57,067 кН - нагрузка на сжатие. Рис.1. Схема нагружения штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 1. Расчет результата по критерию Мизеса 1.1. Результат при растяжении штока. Максимальное значение напряжения σм=207,6 Мпа. Концентрация максимального напряжения Рис.1.1. Результат расчета по критерию Мизеса при растяжении штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 1.2. Результат при сжатии штока. Максимальное значение напряжения σм=207,6 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.1.2 - Результат расчета по критерию Мизеса при сжатии штока. Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а ПКР 172.001.00.000 ПЗ Лис т 61 2. Расчет результата по критерию Треска 2.1. Результат при растяжении штока. Максимальное значение напряжения σтр=111,4 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.2.1. Результат расчета по критерию Треска при растяжении штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 2.2. Результат при сжатии штока. Максимальное значение напряжения σтр=111,4 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.2.2. Результат расчета по критерию Треска при сжатии штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 3. Расчет результата по главному напряжению 3.1. Результаты при растяжении штока. Максимальное значение главного напряжения σг=302,4 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.3.1. Результат расчета по главному напряжению при растяжении штока. Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а ПКР 172.001.00.000 ПЗ Лис т 64 Большое значение главного напряжения σг=87,66 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.3.2. Результат расчета по главному напряжению при растяжении штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 3.2. Результаты при сжатии штока. Максимальное значение главного напряжения σг=105,3 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.3.3. Результат расчета по главному напряжению при сжатии штока. Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а ПКР 172.001.00.000 ПЗ Лис т 65 Большое значение главного напряжения σг=-302,4 МПа Концентрация максимального напряжения Рис.3.4. Результат расчета по главному напряжению сжатии штока. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 4. Деформация штока под действием нагрузки. 4.1. Результат при растяжении штока. Деформация в осевом направлении под действием нагрузки ∆х=0.1143 мм. Деформация в радиальном направлении под действием нагрузки ∆y=0.000841 мм. Рис.4.1. Результат расчета деформации штока под действием нагрузки пр растяжении. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 4.2. Результат при сжатии штока. Деформация в осевом направлении под действием нагрузки ∆x=0.09811 мм. Деформация в радиальном направлении под действием нагрузки ∆y=0.003339 мм. Рис.4.2. Результат расчета деформации штока под действием нагрузки при сжатии. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а 5. Вывод по результатам расчета Сравним максимальные напряжения, найденные по двум параметрам, с допустимым [σт]. В качестве материала выбираем Сталь 30Х13. В качестве [σт] выбран предел текучести [σт]=710 МПа. 1. По критерию Мизеса максимальное напряжение при растяжении и сжатии штока равно σм=207,6 МПа. Условие прочности σм≤[σт] выполняется: σм=207,6 МПа<[σт] =710 МПа. Следовательно, шток по критерию Мизеса не разрушается. Проверяем условие надежности: k ≥[k]. При растяжении и сжатии штока: k=[σт]/σм=710 МПа/207,6 МПа =3,42. Условие надежности выполняется, т.к. при статических нагрузках коэффициент запаса 2 [k]. Значит шток пригоден для длительной эксплуатации. 2. По критерию Треска максимальное напряжение при растяжении и сжатии равно σтр=111,4 МПа. Условие прочности σтр≤[σт] выполняется: σтр =111,4 2=222,8 МПа<[σт] =710 МПа. Следовательно, шток по критерию Треска не разрушается. Проверяем условие надежности: k ≥[k]. При растяжении и сжатии штока: k=[σт]/ σтр =710 МПа/ 222,8 МПа =3,18. Условие надежности выполняется, т.к. при статических нагрузках коэффициент запаса 2 [k]. Значит шток пригоден для длительной эксплуатации. 3. По значению главного напряжения: при растяжении: а) максимальное напряжение равно σг=302,4 МПа, б) напряжение по радиусу равно σг=87,66 МПа; при сжатии: а) максимальное напряжение равно σг=105,3 МПа, б) напряжение по радиусу равно σг=302,4 МПа. Условие прочности σгл≤[σт] выполняется: При растяжении: σг=302,4 МПа<[σт] =710 МПа; σг=87,66 МПа<[σт] =710 МПа. При сжатии: σг=105,3 МПа<[σт] =710 МПа; σг=302,4 МПа<[σт] =710 МПа. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а Следовательно, шток по критерию главного напряжения не разрушается. Проверяем условие надежности: k ≥[k] При растяжении: k=[σт]/σгл=710 МПа/ 302,4 МПа=2,35; k=[σт]/σгл=710 МПа/ 87,66 МПа=8. При сжатии: k=[σт]/σгл=710 МПа/ 105,3 МПа=6,7; k=[σт]/σгл=710 МПа/ 302,4 МПа=2,35. Условие надежности выполняется, т.к. при статических нагрузках коэффициент запаса 2 [k]. Значит шток пригоден для длительной эксплуатации. 4. Деформация в радиальном направлении. Деформация по радиусу при растяжении штока равна ∆у=0,000841 мм, при сжатии равна ∆у=0.003339 мм. Деформация по оси при растяжении равна ∆х=0,1143 мм, при сжатии равна ∆х=0.09811 мм. Сравнив максимальные напряжения с допустимым, приходим к выводу, что шток удовлетворяет условиям прочности по трем критериям, следовательно, шток не разрушается. Условие надежности выполняется по критерию Мизеса, по критерию главного напряжения, и по критерию Треска. Принимаем, что шток удовлетворяет условию надежности и пригоден для длительной эксплуатации. Работу выполнила: Галиуллина М.В. Проверил: Максимов Т.В. Лис т Изм. Лис т № докум. Подпис ь Дат а
