Увеличение жесткости и прочности консольных конструкций

Если применение консольной установки про­диктовано необходимостью, то следует при­нимать все меры к устранению присущих ей недостатков. Необходимо всемерно умень­шать вылет консоли, увеличивать жесткость и прочность консольной части конструкции.

В ряде случаев можно добиться значитель­ного укорочения консоли изменением формы детали. Вылет насадного конического колеса (рис. 12, а) можно уменьшить, переменив по­ложение ступицы относительно венца (рис. 12, б) или изменив конструкцию колеса, вы­полняя его заодно с валом (рис. 12, в).

Рис. 12. Уменьшение вылета в консольной установке конического зубчатого колеса

Из сказанного о недостатках консольных си­стем отнюдь не вытекает, что конструктор должен безусловно избегать применения кон­солей. Консольные системы являются вполне закономерным элементом конструирования и широко используются на практике. Необходи­мо только знать их особенности и устранять недостатки соответствующими конструк­тивными мерами.

Применение консолей часто обеспечивает более простые, компактные, технологические и удобные для сборки конструкции, чем двух-опорные установки.

Жесткость и прочность консолей в большой степени зависят от усло­вий заделки в корпусе. Усиление консоли как таковой бесполезно, если узел заделки недо­статочно жесткий (рис. 13, а).

При радиальной заделке консоли придают фланец, который притягивают болта­ми к привалочной плоскости, усиленной реб­рами т (рис. 13, б). В системе осевой заделки (рис. 13, в) консоли придают хвостовик, диаметром при­мерно равным диаметру консоли, который крепят запрессовкой или затяжкой в бобышке, жестко связанной с корпусом ребрами или (как показано на рисунке) коробкой. Для устойчивого крепления длину заделки делают не менее диаметра консоли.

В наиболее жесткой системе радиально-осевой заделки консоль крепят одновре­менно на фланце и на хвостовике, который са­жают в бобышке по посадке с натягом или затягивают гайкой (рис. 13, г и д).

Рис. 13. Заделка консолей

Рациональное расположение опор

Так как прогиб двухопорной балки пропор­ционален третьей степени пролета, то сближе­ние опор является весьма эффективным сред­ством повышения жесткости. Во многих случаях жесткость системы удается увеличить введением дополнительных опор.

Рациональные сечения

Для повышения жесткости без увеличения массы деталей необходимо усиливать участки сечений, подвергающиеся при данном виде на­гружения наиболее высоким напряжениям, и удалять ненагруженные и малонагруженные участки. При изгибе напряжены сечения, наи­более удаленные от нейтральной оси. При кру­чении напряжены внешние волокна; по напра­влению к центру напряжения уменьшаются, и в центре они равны нулю. Следовательно, целесообразно всемерно развивать наружные размеры, сосредотачивая материал на перифе­рии и удаляя его из центра.

Наибольшей жесткостью и прочностью при наименьшей массе обладают развитые по пе­риферии полые тонкостенные детали типа ко­робок, труб и оболочек.

Придание наиболее целесообразной двутав­ровой формы профилям одинаковой массы увеличивает их прочность в 9-12 раз, а жесткость – в 40-70 раз по сравнению с исходным профилем. Для профи­лей, одинаковых с исходным профилем проч­ности, придание двутавровой формы снижает массу до 0,2-0,12 и повышает жесткость в 3-3,5 раза по сравнению с ис­ходным профилем.

Оребрение

Для увеличения жесткости, особенно литых корпусных деталей, широко применяют ореб­рение. Однако при этом необходимо соблю­дать осторожность, так как неправильное со­отношение сечений ребер и оребряемой детали может вместо упрочнения привести к ослаб­лению.

У деталей, подвергающихся изгибу в пло­скости расположения наружных ребер, на вершине ребра возникают напряже­ния растяжения, достигающие большого зна­чения вследствие малой ширины и малого сечения ребра. Особенно опасны тонкие ребра, суживающиеся к вершине; раз­рушение детали всегда начинается с разрыва вершины ребер. Прочность значительно возра­стает при утолщении ребер, особенно на опас­ном участке, т. е. у вершины.

Очень часто при­меняют ребра треугольной формы с высотой, уменьшающейся в плоскости действия изгибающего момента. При такой форме ребер, какую бы начальную высоту они не имели, неизбежен участок, где наступает ослабление детали.

При конструиро­вании ребер рекомендуется:

избегать нагружения ребер на растяжение; применять во всех случаях, когда это допу­скает конструкция, ребра сжатия;

­ избегать (особенно при ребрах растяжения) низких, тонких и редко расставленных ребер, снижающих прочность детали;

­ в корпусных деталях применять внутреннее оребрение (за исключением особых случаев, например, когда наружные ребра необходимы для охлаждения детали);

­ подводить ребра к узлам жесткости, в частности к точкам расположения крепежных болтов;

­ избегать ребер криволинейного очертания, испытывающих при растяжении дополнитель­ный изгиб; применять прямые ребра;

Целесообразно (особенно у ребер растяже­ния) утолщать вершины, в которых при изгибе возникают наиболее высокие напряжения.