Расчетная часть-Прочностной расчет радиального ролика опоры радиальной автоматического бурового ключа АКБ 3М-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Курсовая

Расчетная часть-Прочностной расчет радиального ролика опоры радиальной автоматического бурового ключа АКБ 3М-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа-Дипломная работа
 Прочностной расчет радиального ролика.
 Построение расчетной схемы оси ролика.
При расчете на статическую прочность представим ось в виде балки на шарнирно – неподвижной опоре.

Рис. 3.2. Расчетная схема оси.
Заменим действие сил, действующих на ролик соответствующими нагрузками. Вектор силы F проецируется на оси x и y. Составляющая x представляет собой вектор продольной силы N, составляющая y – вектор радиальной силы R. Вектор радиальной силы R переносится в центр тяжести сечения вала по линии их действия. Вектор окружной силы Р – параллельно самой себе. Вычислим значения сил.
Окружная сила: P=(2∙T)⁄D=(2∙0,37)⁄0,075=9,8 кН
Продольная сила: N=F∙cos80°=2,8∙0,17=-0,47 кН
Радиальная сила: R=F∙sin80°=2,8∙0,98=2,74 кН
Вычислим сосредоточенный изгибающий момент при воздействии силы N:
M_N=(N∙D)⁄2=(-470∙0,075)⁄2=-17,62 Нм
Вычислим изгибающие моменты:
M_y=P∙l=980∙0,064=-62,72Нм
M_z=R∙l=274∙0,064=17,64Нм
 Построение эпюр внутренних силовых факторов:

Рис. 3.3. Эпюра продольных сил.

Рис. 3.4. Эпюра сосредоточенного изгибающего момента.

Рис. 3.5. Эпюра Крутящего момента.

Рис. 3.6. Эпюра изгибающего момента в плоскости z.

Рис. 3.7. Эпюра изгибающего момента в плоскости y.
Суммарный изгибающий момент:
М_и=√(М_у^2+М_z^2 )=√(3933,8+311,107)=65,15 Нм

Рис. 3.8. Эпюра суммарного изгибающего момента.


 Проверка выбора материала оси.
Ось изготавливается из стали марки 40ХН. Для проверки выбора материала находим величины эквивалентных моментов по третье теории прочности.
М_(экв.)=√(М_и^2+Т^2 )=√(4244,52+136900)=375,7 Нм
Выбор материала делается из условия прочности σ_(экв.max)≤[σ]
σ_(экв.max)=М_(экв.)⁄W_ос
Вычислим осевой момент сопротивления:
W_ос=(π∙d^3)⁄32=(3,14∙〖0,025〗^3)⁄32=1,53∙〖10〗^(-6) м^3
σ_(экв.max)=М_(экв.)⁄W_ос =375,7⁄(1,53∙〖10〗^(-6) )=245,5 МПа
Допускаемое напряжение [σ]=σ_пред⁄n. Так как сталь 40ХН пластична, то за σ_пред ,берется предел текучести σ_Т=(760-1220)МПа, коэффициент запаса для пластических материалов n=1,5-2. Примем σ_Т=1080 МПа, n=2.
[σ]=σ_пред⁄n=1080⁄2=540 МПа
σ_(экв.max)<[σ]
Вычисляем геометрические характеристики сечения:
- площадь поперечного сечения A=(π∙d^2)⁄4=(π∙〖0,025〗^2)⁄4=4,9∙〖10〗^(-4) м^2
- осевой момент инерции
J_ос=(π∙d^4)⁄64=(π∙〖0,025〗^4)⁄64=1,91∙〖10〗^(-8) м^4
- осевой момент сопротивления
W_ос=(π∙d^3)⁄32=(π∙〖0,025〗^3)⁄32=1,53∙〖10〗^(-6) м^3
- полярный момент инерции
J_p=(π∙d^4)⁄32=(π∙〖0,025〗^4)⁄32=3,8∙〖10〗^(-8) м^4
- полярный момент сопротивления
W_p=(π∙d^3)⁄16=(π∙〖0,025〗^3)⁄16=3,06∙〖10〗^(-6) м^3
Определим напряжения в опасном сечении:
- нормальное напряжение изгиба: σ_и^А=〖-σ〗_и^В=М_и⁄W_ос =65,15⁄(1,53∙〖10〗^(-6) )=42,58 МПа
- нормальное напряжение от сжатия: σ_с=N⁄A=(-470)⁄(4,9∙〖10〗^(-4) )=-0,96 МПа
- максимальное касательное напряжение: τ_max=T⁄W_p =370⁄(3,06∙〖10〗^(-6) )=120,91 МПа
Построим эпюры этих напряжений:

Рис 3.9. Эпюра касательных напряжений, изгиба и растяжения-сжатия.
В точке А имеет место плоское напряженное состояние. В этой точке действуют максимальные эквивалентные напряжения σ_(экв.макс.) определим их по 3-ей теории прочности:
σ_(экв.макс.)=√(〖〖(σ〗_и+σ_с)〗^2+4∙τ^2 )=√(〖(42,58-0,96)〗^2+4∙〖120,91〗^2 )=127,87 МПа
Условие прочности выполняется, т.к. σ_(экв.макс)<[σ]
Определим недогрузку оси:
Δ_σ=([σ]-σ_(экв.макс.))⁄[σ] ∙100%=(540-127,87)⁄540∙100%=76%
Рекомендуемое значение недогрузки составляет 15%, но так как при докреплении и откручивании крутящие моменты многократно возрастают, такая недогрузка оправдана.
 Расчет оси на усталостную прочность.
Выполним расчет оси на усталостную прочность в сечении А-А – месте ступенчатого перехода .
Выберем характеристики стали 40ХН: предел прочности σ_в=(910...1370) МПа, предел текучести σ_Т=(760...1220) МПа, предел выносливости на изгиб σ_(-1)=(314...600) МПа, предел прочности на кручение τ_(-1)=(235...345) МПа. В расчетах примем σ_в=1300 МПа, σ_Т=1080 МПа, σ_(-1)=600 МПа, τ_(-1)=345 МПа.
Конструктивное исполнение опасного сечения.

Рис 3.10. Схема опасного сечения.
Основные размеры оси:
Диаметр оси d=25 мм, радиус галтельного перехода r=1мм, диаметр переходной канавки d_1=19,5 мм.
Концентратор напряжений - галтельный переход 1 – 1.
В сечении А-А действуют: нормальная сила N=470 Н, изгибающий момент М_и=65,15 Нм, крутящий момент Т=370 Нм.
Определим геометрические характеристики сечения и характеристики циклов перемнных напряжений.
Сечение 1-1, для диаметра d=25 мм.

-площадь:
A_1=(π∙d^2)⁄4=(π∙〖0,025〗^2)⁄4=4,9∙〖10〗^(-4) м^2
-осевой момент сопротивления:

W_(ос.1)=(π∙d^3)⁄32=(π∙〖0,025〗^3)⁄32=1,53∙〖10〗^(-6) м^3
-полярный момент сопротивления:

3.3. Прочностной расчет радиального ролика…………………………..28
3.3.1. Построение расчетной схемы оси ролика……………...28
3.3.2. Построение эпюр внутренних силовых факторов……..29
3.3.3. Проверка выбора материала оси………………………..31
3.3.4. Расчет оси на усталостную прочность…………………33
3.3.5. Расчет коэффициента запаса усталостной прочности..35
3.3.6. Расчет коэффициента запаса усталостной прочности.