Pri riešení tvrdých hriadeľov je pochopenie toho, ako vypočítať stres pri rôznych zaťaženiach, pre zabezpečenie ich správneho výkonu a dlhovekosti. Ako dodávateľ tvrdého hriadeľa som videl z prvej ruky dôležitosť presných výpočtov stresu v rôznych odvetviach. V tomto blogovom príspevku vás prevediem procesom výpočtu stresu na tvrdom hriadeli pri rôznych typoch nákladov.
1. Základy stresu a zaťaženia
Predtým, ako sa ponoríte do výpočtov, je nevyhnutné porozumieť základným pojmom stresu a zaťaženia. Stres je definovaný ako vnútorný odpor materiálu voči vonkajšej sile. Zvyčajne sa meria v jednotkách sily na jednotku plochy, ako sú libry na štvorcový palec (PSI) alebo Pascals (PA). Na druhej strane zaťaženia sú vonkajšie sily aplikované na hriadeľ. Existuje niekoľko typov záťaží, s ktorými sa môže stretnúť tvrdý hriadeľ, vrátane:
- Ťahanie v ťahu: Ťahové zaťaženie vytiahne hriadeľ od seba a vytvára napínaciu silu pozdĺž jej osi.
- Zaťaženie: Tlakové zaťaženie stlačí hriadeľ a nanesie silu, ktorá ho skráti pozdĺž svojej osi.
- Strih: Strihové zaťaženie pôsobí rovnobežne s prierezom hriadeľa, čo spôsobuje, že jedna časť hriadeľa sa posúva vzhľadom na druhú.
- Ohyb: Ohybové zaťaženie spôsobuje ohýbanie hriadeľa, čím sa vytvára ťahové aj kompresné napätie na opačných stranách neutrálnej osi hriadeľa.
- Torzná záťaž: Torzné zaťaženie krúti hriadeľ okolo jeho osi, čo vedie k šmykľavým napätiam v hriadeli.
2. Výpočet napätia pre ťahové a kompresné zaťaženie
Vzorec na výpočet normálneho napätia ((\ sigma)) pod ťahom alebo kompresívnym zaťažením je jednoduchý. Rovnica je daná normálnym stresom:
(\ sigma = \ frac {f} {a})
kde (f) je aplikovaná sila (zaťaženie) a (a) plocha prierezov hriadeľa. Pre kruhový hriadeľ s priemerom (D), prierezová oblasť (a = \ frac {\ pi d^{2}} {4}).
Napríklad, ak máme tvrdý hriadeľ s priemerom (d = 2) palcov a ťahovým zaťažením (F = 10000) libier, najskôr vypočítame oblasť prierezov:
(A = \ frac {\ pi (2)^{2}} {4} = \ pi) štvorcové palce (\ cca 3,14) štvorcové palce
Normálne napätie (\ Sigma = \ frac {10000} {3.14} \ približne 3184.7) psi
3. Výpočet šmykového napätia
Strihové napätie ((\ tau)) pod strihovým zaťažením sa vypočíta pomocou vzorca:
(\ tau = \ frac {vigine))
kde (v) je šmyková sila a (a) oblasť, nad ktorou pôsobí šmyková sila. V prípade hriadeľa, ak sa na priereze aplikuje šmyková sila (V), používame plochu prierezu, ako je opísané vyššie.
Napríklad, ak sa na rovnaký hriadeľ s priemerom 2 - palca nanáša šmyková sila (v = 5 000) libier, šmykové napätie (\ tau = \ frac {5000} {3.14} \ cca1592.4) psi
4. Výpočet ohybu
Keď je hriadeľ vystavený ohybovému zaťaženiu, na vonkajšom povrchu hriadeľa sa vyskytne maximálne ohybové napätie ((\ sigma_ {b})). Vzorec pre maximálne ohybové napätie v kruhovom hriadeli je:
(\ Sigma_ {b} = \ frac {m c} {i})
kde (m) je ohybový moment, (c) je vzdialenosť od neutrálnej osi k vonkajšiemu povrchu hriadeľa (pre kruhový hriadeľ, (c = \ frac {d} {2})) a (i) je moment zotrvačnosti prierezu hriadeľa. Pre kruhový hriadeľ moment zotrvačnosti (i = \ frac {\ pi d^{4}} {64})
Povedzme, že máme ohybový moment (M = 20000) palec - libry a hriadeľ s priemerom (d = 2) palcov. Najprv, (c = \ frac {2} {2} = 1) palec a (i = \ frac {\ pi (2)^{4}} {64} = \ frac {\ pi} {4} \} \ približne 0,785) (v^{4})
(\ Sigma_ {b} = \ frac {20000 \ tims1} {0,785} \ približne
5. Výpočet torzného stresu
Pre kruhový hriadeľ pod torzným zaťažením je maximálny šmykový napätie ((\ tau_ {t})) daný vzorcom:
(\ tau_ {t} = \ frac {t r} {j})
kde (t) je aplikovaný krútiaci moment, (r) je polomer hriadeľa ((r = \ frac {d} {2})) a (j) je polárny moment zotrvačnosti prierezu hriadeľa. Pre kruhový hriadeľ, (j = \ frac {\ pi d^{4}} {32})
Predpokladajme, že máme krútiaci moment (t = 15000) palca - libry aplikované na hriadeľ s priemerom (d = 2) palcov. Potom (r = 1) palec a (j = \ frac {\ pi (2)^{4}} {32} = \ frac {\ pi} {2} \ cca1.57) (v^{4})
(\ tau_ {t} = \ frac {15000 \ time1} {1,57} \ približne
6. Kombinované zaťaženia
V aplikáciách Real - World Applications často zažívajú súčasne viac typov nákladov. Ak sa to stane, musíme použiť princípy superpozície a pokročilejšie techniky analýzy stresu. Napríklad, ak je hriadeľ vystavený ohybu aj torznému zaťaženiu, môžeme použiť kritérium stresu von Mises na určenie rovnocenného napätia.
Von Mises Stres ((\ Sigma_ {v})) pre kombinované ohybové a torzné zaťaženie je dané:
(\ Sigma_ {v} = \ sqrt {\ siigma_ {b}^{2} +3 \ tau_ {t}^{2}})
7. Úvahy o rôznych materiáloch hriadeľa
Rôzne materiály majú rôzne mechanické vlastnosti, ako napríklad pevnosť výťažku a konečná pevnosť. Pri výpočte stresu je dôležité zabezpečiť, aby vypočítané napätie bolo pod pevnosťou výťažku materiálu, aby sa predišlo trvalej deformácii. NapríkladHydraulické hriadele hriadeľasú často vyrábané z materiálov, ktoré vydržia vysoké - stresové podmienky. TenCK45 zhasnutý a temperovaný hydraulický valcový hriadeľ s tvrdým chrómovým pokovovanímMá vynikajúcu pevnosť a opotrebenie - odporové vlastnosti, ktoré je potrebné zohľadniť pri výpočtoch napätia. Podobne42CrMO4 indukčný kalený valcový hriadeľje navrhnutý tak, aby zvládal ťažké zaťaženie a jeho materiálne vlastnosti hrajú významnú úlohu pri analýze stresu.
8. Dôležitosť presných výpočtov napätia
Presné výpočty napätia sú životne dôležité z niekoľkých dôvodov. Po prvé, pomáhajú pri správnom výbere materiálov hriadeľa. Poznaním očakávaných úrovní stresu si môžeme zvoliť materiál s dostatočnou silou, aby odolal zaťaženiu bez zlyhania. Po druhé, umožňuje optimalizáciu návrhu hriadeľa. Môžeme upraviť rozmery hriadeľa (ako je priemer a dĺžka), aby sme zaistili, že úrovne napätia sú v rámci prijateľných limitov, čo môže znížiť náklady na materiál a zlepšiť celkovú účinnosť systému.
9. Záver a výzva na konanie
Výpočet napätia na tvrdom hriadeli pri rôznych zaťaženiach je základným aspektom inžinierskeho dizajnu. Ako dodávateľ tvrdého hriadeľa chápeme dôležitosť týchto výpočtov pri poskytovaní vysokokvalitných výrobkov. Či už ste v priemysle automobilového, leteckého alebo priemyselného strojového priemyslu, presná analýza stresu zaisťuje spoľahlivosť a bezpečnosť vášho zariadenia.
Ak potrebujete pre svoje projekty vysoké kvalitné tvrdé šachty, sme tu, aby sme vám pomohli. Náš tím odborníkov vám môže pomôcť vybrať správny hriadeľ na základe vašich konkrétnych požiadaviek na zaťaženie a výpočty napätia. Ponúkame širokú škálu tvrdých hriadeľov vrátaneHydraulické hriadele hriadeľa,CK45 zhasnutý a temperovaný hydraulický valcový hriadeľ s tvrdým chrómovým pokovovaníma42CrMO4 indukčný kalený valcový hriadeľ. Kontaktujte nás a prediskutujte svoje požiadavky a začnite proces obstarávania.
Odkazy
- Budynas, RG a Nisbett, JK (2011). Dizajn strojárstva spoločnosti Shigley. McGraw - Hill.
- Timoshenko, SP a Goodier, JN (1970). Teória elasticity. McGraw - Hill.