Передача рейка - зубчатый сектор

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ РУЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

Цель расчета - проверить условия прочности по нормальным и касательным напряжениям.

где фактические соответственно нормальное и касательное напряжения, МПа;

допускаемые соответственно нормальное и касательное напряжения, МПа.

Расчёт выполняют по наибольшему вычисленному усилию.

Рулевое колесо

Обод рулевого колеса не рассчитывают. Прочность обода проверяют экспериментальным путём при соударении с грудью манекена. Обод не должен разрушаться при замедлениях до .

Расчёту подлежат спицы рулевого колеса.

Допущения:

1. Спицы рулевого колеса нагружены равномерно.

2. Пластмассовая оболочка спиц не влияет на прочность.

Исходные данные: усилие на рулевом колесе расстояние до опасного сечения х-х спиц число спиц диаметр спицы в опасном круглом сечении .

Порядок расчета:

1. Вычисляют момент сопротивления опасного сечения спицы:

(7)

2. Находят нормальные напряжения изгиба в опасном сечении спицы:

(8)

3. Проверяют выполнение условия прочности.

Материал спиц - сталь 20, допускаемое напряжение .

Условие прочности не выполняется.

Увеличим диаметр спицы до 20 мм.

Рулевой вал

Исходные данные: усилие на рулевом колесе радиус рулевого колеса наружный и внутренний диаметры рулевого вала, и длина рулевого вала, ; модуль упругости второго рода, для стали.

Порядок расчёта:

1. Вычисляют крутящий момент вала

(9)

2. Находят полярный момент сопротивления опасного сечения:

(10)

3. Определяют максимальные касательные напряжения

(11)

4. Проверяют выполнение условия.

Материал вала - Cталь 20, допускаемое напряжение . Условие прочности выполняется.

5. Рассчитывают полярный момент инерции полого вала

(12)

6. Вычисляют угол закрутки вала

(13)

Получили ° угла закрутки вала при его длине в м. вычисляем угол закрутки вала при его длине равной 1м.

Допустимый угол закрутки на метр длины вала.

Условие для угла закрутки вала выполняется.

Передача рейка - зубчатый сектор

Допущения:

1. Пренебрегают конусностью зубьев сектора и рейки.

2. Не учитывают коэффициент динамичности и из-за малой частоты вращения.

3. Принимают коэффициент распределения нагрузки между зубьями .

Исходные данные: усилие на рулевом колесе радиус рулевого колеса передаточное число рулевого механизма прямой кпд механизма начальный радиус шестерни ширина венца шестерни, угол инструментальной рейки шаг винта модуль упругости первого рода коэффициент Пуассона .

Порядок расчета:

1. Находят окружное усилие на зубьях шестерни

(14)

2. Вычисляют модуль зацепления

(15)

3. Определяют число зубьев шестерни

(16)

4. По числу зубьев принимают коэффициент формы зуба .

5. Находят отношение и принимают значение коэффициентов , учитывающих неравномерность распределения нагрузки по ширине зуба.

(17)

6. Рассчитывают ориентировочное значение коэффициента перекрытия

(18)

7. Вычисляют коэффициент влияния степени перекрытия

(19)

8. Проверяют выполнение условия (3.1) по нормальному напряжению изгиба

(20)

Материал шестерни и поршня-рейки - Сталь 35Х, допускаемое напряжение .

Условие прочности выполняется.

9. Вычисляют приведенный модуль упругости для стальных шестерни и рейки

(21)

10. Определяют приведенный радиус кривизны

(22)

11. Рассчитывают нормальную нагрузку на единицу длины контактной линии зуба

(23)

12. Проверяют прочность по наибольшему контактному напряжению в зоне зацепления

(24)

Допускаемое напряжение .

Условие прочности выполняется.

Продольная тяга

Исходные данные: наружный и внутренний диаметры трубы тяги, и модуль упругости первого рода, кинематическая длина тяги, .

Расчётная нагрузка - максимальная реакция сжатой продольной тяги. Растяжение всех тяг считают малоопасным.

Порядок расчёта:

1. Находят площадь и момент инерции опасного сечения тяги

(25)

(26)

2. Вычисляем напряжение сжатия

(27)

3. Определяем критическое напряжение продольного изгиба, при котором тяга теряет устойчивость,

(28)

4. Рассчитываем коэффициент запаса устойчивости (жёсткости)

(29)

Материал продольной тяги - Сталь 20, допускаемый коэффициент запаса устойчивости [δ]≥1,5.

Поворотный рычаг

Исходные данные: кинематическая длина рычага, момент сопротивления изгибу опасного сечения, ; полярный момент сопротивления, ; плечо кручения, .

Расчётная нагрузка - максимальная реакция продольной тяги.

Порядок расчёта:

1. Вычисляют нормальное напряжение изгиба

(30)

2. Крутящий момент

(31)

3. Касательное напряжение

(32)

4. Эквивалентное напряжение

(33)

Материал поворотных рычагов - Сталь 30, допускаемое напряжение .

Условие прочности выполняется.

Шаровые пальцы

Исходные данные: сила, приложенная к шаровой поверхности пальца, расстояние от центра опорной поверхности до плоскости заделки, момент сопротивления сечения пальца в плоскости заделки, площадь смятия - площадь проекции опорной поверхности шаровой головки пальца на диаметральную плоскость, ; площадь среза пальца в плоскости заделки, .