ГОСТ 33169-2014. Межгосударственный стандарт. Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

6.5 Подтверждение прочности шарнирных соединений

 

6.5.1 Технические требования и условия расчета

Шарнир должен быть снабжен удерживающим устройством, препятствующим выходу оси из отверстия.

В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности шарнирных соединений, состоящих из нескольких проушин, соединенных осью, и загруженных растягивающей силой (рисунок 10), в которых:

- относительные повороты соединенных элементов, возникающие в процессе работы машины, весьма малы;

- ось и отверстие выполнены с допусками, обеспечивающими зазор в соединении не более чем при посадке h12/H12 по ГОСТ 25346, в случае реверсивных нагрузок требуются более жесткие допуски.

Работоспособность ответственных шарнирных узлов целесообразно анализировать с помощью метода конечных элементов.

 

 

Рисунок 10 - Схема шарнира с проушиной

 

6.5.2 Условие прочности и предельные напряжения

Подтверждение прочности шарнирного соединения требует проверки прочности оси и присоединяемых элементов (проушин). Выполняются следующие проверки прочности:

а) оси на изгиб;

б) оси на срез;

в) оси и проушин на контактную прочность;

г) проушин на прочность с учетом ослабления отверстием (при нагружении соединения растягивающей нагрузкой).

6.5.2.1 Расчет оси на изгиб

Условие прочности оси имеет вид:

- при расчете по предельным состояниям

 

(47)

 

- при расчете по допускаемым напряжениям

 

(48)

 

Расчетное сопротивление вычисляется как

 

(49)

 

Допускаемое напряжение вычисляют по формуле

 

(50)

 

где - нормативное значение предела текучести материала оси;

- для оси, изготовленной из поковки или проката;

- для литой оси;

.

Способ вычисления коэффициента указан в 6.2.2.

6.5.2.2 Расчет оси на срез

Условие прочности оси имеет вид:

- при расчете по предельным состояниям

 

(51)

 

- при расчете по допускаемым напряжениям

 

(52)

 

Расчетное сопротивление определяется как

 

(53)

 

Допускаемое напряжение вычисляется по формуле

 

(54)

 

где .

6.5.2.3 Расчет оси и проушины на смятие

Условие прочности имеет вид:

- при расчете по предельным состояниям

 

(55)

 

- при расчете по допускаемым напряжениям

 

(56)

 

Расчетное сопротивление определяется как

 

(57)

 

Допускаемое напряжение вычисляется по формуле

 

(58)

 

где - меньшее из нормативных значений пределов текучести материалов оси и проушин;

;

.

6.5.2.4 Расчет проушин на прочность

Расчет проушины, нагруженной растягивающей силой, на прочность рекомендуется выполнять методом конечных элементов с учетом упругопластических свойств материала и условий нагружения. Для расчета проушин допускается применять методику, представленную в приложении В.

6.5.3 Расчетные напряжения

6.5.3.1 Расчет оси на изгиб

Нормальное напряжение в оси вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению

 

или (59)

 

где W_o - момент сопротивления сечения оси;

для сплошного круглого сечения , для полого сечения ;

d - наружный диаметр оси;

d₁ - внутренний диаметр полой оси;

P_ДН, P_ПС - сила, действующая на шарнирное соединение, вычисляемая с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета;

r_P = 0,25(0,5t₁ + t₂ + 2e) для двухопорной оси (рисунок 10, а),

r_P = 0,5t₁ + 0,5t₂ + e для консольной оси (рисунок 10, б).

Остальные обозначения показаны на рисунке 10. Значения r_P могут быть уточнены с учетом результатов дополнительных исследований и анализа конструктивных особенностей шарнирного узла.

6.5.3.2 Расчет оси на срез

Касательное напряжение вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению

 

(60)

 

где Q_ДН или Q_ПС - максимальное значение перерезывающей силы в оси, вычисляется в зависимости от нагрузки, действующей на шарнир, P_ДН или P_ПС и условий закрепления оси (рисунок 10, а, б);

A_o - площадь сечения оси;

- коэффициент формы, для круглого сплошного сечения , для полого сечения ;

;

d и d₁ - внешний и внутренний диаметры оси.

6.5.3.3 Расчет на смятие

Напряжение смятия вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению

 

или (61)

 

где P_rДН или P_rПС - расчетная нагрузка, действующая на проушину, вычисляется в зависимости от нагрузки, действующей на шарнир, P_ДН или P_ПС и условий закрепления оси, расчетное значение силы P_r следует вычислять с учетом возможных осевых смещений проушин в пределах зазоров e;

t_r - толщина рассчитываемой проушины, например, t_r = t₁ или t_r = t₂ (рисунок 10, а, б).