Спосіб покращення розрахункових параметрів для тіл круглого перерізу

Реферат: UA 83927 U UA 83927 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до способів покращення розрахункових конструктивних параметрів стрижневих тіл круглого перерізу, таких як осі та вали. Ці деталі є одними з найважливіших складових машин і механізмів, обертаються навколо своєї осі і призначені для передачі руху зв'язаним з ними частинам. Відомі вали й осі, які за призначенням є відповідальними деталями, технічні характеристики яких розраховуються на міцність і жорсткість як бруси круглого поперечного перерізу, що працюють на згинання або згинання з крученням. При цьому розрахунковий осьовий момент опору перерізу таких тіл як матеріальних об’єктів визначається за формулою [Писаренко Г.С. та ін. Опір матеріалів: підручник / Г.С. Писаренко, О.Л. Квітка, Е.С. Уманський; За ред. Г.С. Писаренка. - К.: Вища шк., 1993. - 655 с, стор. 241]: J , (1) W ymax 4 де J - осьовий момент інерції перерізу, мм ; ymax - довжина перпендикуляра, опущеного з крайньої точки перерізу на відповідну вісь, мм. Недоліком виготовлення валів й осей круглого поперечного перерізу з відтинанням двох симетричних сегментів однакової площі в рамках розрахунків за наведеною формулою (1) з використанням типових технологічних операцій є те, що методи, які найчастіше використовуються для покращення експлуатаційних характеристик валів та осей (збільшення радіусу перерізу деталей, застосування дорожчого та міцнішого матеріалу, хіміко-термічна обробка, поверхневе загартовування, наклепування поверхневого шару) пов'язані із їх здороженням; при цьому можливе збільшення габаритів деталей. У разі необхідності зміни геометричної конфігурації перерізу використовуються емпіричні методи через відсутність уточнених розрахункових залежностей для визначення оптимальних технічних характеристик. В основу корисної моделі поставлено задачу покращення експлуатаційних технічних характеристик тіл з круглим поперечним перерізом, що досягається шляхом відтинання двох симетричних сегментів однакової площі перпендикулярно лінії дії поперечної сили. Шляхом аналізу співвідношень стріли сегменту та радіусу кола отримується значення стріли сегменту, при якому такий розрахунковий параметр як осьовий момент опору, а й відповідні технічні характеристики для запропонованого перерізу будуть більшим, ніж для круглого. Крім цього, спосіб забезпечує зменшення обсягу трудомістких випробувань, характерних при експериментальній оцінці деталей, особливо на стадії проектування й пошуку оптимальних схемних рішень. Технічний результат даної корисної моделі для покращення розрахункових технічних характеристик тіл круглого перерізу досягається шляхом відтинання двох симетричних сегментів однакової площі, стріла яких розраховуються з використанням формули (5), яка є аналітичною розрахунковою залежністю осьового моменту опору запропонованого перерізу від значень стріли відсіченого сегменту та радіусу кола. Зазначений технічний результат досягається за рахунок відтинання сегментів з урахуванням виявлених аналітичних співвідношень стріли сегменту та радіусу кола, коли осьовий момент опору запропонованого перерізу, а й відповідні технічні характеристики, будуть більшими, ніж у круглого перерізу. Суть корисної моделі пояснюють фіг. 1-4. На фіг. 1 показаний ступінчастий вал, в якому найбільша за діаметром ступінь виконана з круглим поперечним перерізом. На фіг. 2 згідно запропонованої корисної моделі представлений вал, форма поперечного перерізу найбільшої за діаметром ступені якого змінена шляхом відтинання двох симетричних сегментів однакової площі. Вигляд поперечних перерізів валів представлений відповідно на фіг. 3 і 4. Як видно на фіг. 3, звичайний поперечний переріз є колом радіуса R. Виконаний поперечний переріз (фіг. 4) за запропонованим способом являє собою коло радіуса R із вирізами у вигляді симетрично розташованих сегментів однакової площі стрілою hк. При цьому, на основі отриманих результатів, корисна модель має наступні властивості: спосіб покращення розрахункових параметрі задає осьовий момент інерції запропонованого перерізу відносно осі х, що визначається за формулою: Jx  3  4  kR  0 3 2   R  x  dx  kR R  hк  dx  , (2) R   3    де k - коефіцієнт, що залежить від величин R та hк. k 2 2Rh к  hк . (3) R2 1 UA 83927 U Довжина перпендикуляра ymax тут визначається як ymax  R  hк . (4) Розрахункова залежність осьового моменту опору відносно осі х перерізу задля запропонованого способу одержується шляхом підстановки формули (2), (3) і (4) у (1):  4  kR  0 3 2  R  R  x  dx  kR R  hк  dx   3    . (5) Wx   R  hк Шляхом її аналізу визначається точне значення стріли сегментів hк залежно від радіуса перерізу R конкретного тіла. Завдяки відповідній зміні форми перерізу (при литті, фрезерній обробці тощо) для певних співвідношень hк/R можна досягти, порівняно з аналогом, збільшення величини осьового моменту опору перерізу (таблиця) і допустимих зусиль, а завдяки цьому терміну експлуатації деталі та всього вузла; зменшення матеріалоємності виробу, маси виробу та всього вузла, величини виникаючих у деталі максимальних напружень. 3 5 10 Таблиця Значення осьових моментів опору запропонованого перерізу відносно осі х W хз та круглого перерізу W хкp залежно від співвідношення hк/R при R = 1 м hк/R 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 15 3 3 W хз*10 , м 785,398 789,573 790,833 790,294 788,362 785,278 781,210 3 3 W хкp*10 , м 785,398 785,398 785,398 785,398 785,398 785,398 785,398 Запропонований спосіб можна використовувати при програмуванні станків з числовим програмним керуванням для виготовлення валів і осей. При цьому виготовлена деталь матиме високу міцність та надійність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб покращення розрахункових параметрів для тіл круглого поперечного перерізу, який відрізняється тим, що передбачає відтинання від перерізу радіусом R двох симетричних сегментів однакової площі, значення стріли hк яких визначається через співвідношення hк/R за допомогою аналітичної розрахункової залежності осьового моменту опору запропонованого перерізу. 2 UA 83927 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3