Kao cjepir klipnog čelika, razumijevanje kako izračunati stres na klipnom čeličnom štapu pod različitim opterećenjima je od presudnog značaja. Ne samo da pomaže u dizajniranju štapova koji mogu izdržati različite radne uslove, ali takođe osigurava sigurnost i efikasnost mašina u kojoj se koriste ove šipke. U ovom blogu ćemo istražiti metode i faktore koji su uključeni u izračun stresa na klipnim čeličnim šipkama.
Razumijevanje osnova stresa
Prije nego što se unesete u proračune, ključno je shvatiti koji je stres. Stres se definira kao sila koja se primjenjuje po površini jedinice. U kontekstu klipne čelične šipke, stres može biti uzrokovan različitim vrstama opterećenja poput aksijalnih opterećenja, tereta za savijanje i torzionalna opterećenja.
Formula za stres ((\ sigma)) je (\ sigma = \ frac {f} {a}), gde je (f) nanesena sila i (a) je križ - preseka štapa. Jedinica stresa obično je paskala (PA) u Si sistemu.
Vrste opterećenja na klipnim čeličnim šipkama
Aksijalna opterećenja
Aksijalna opterećenja su sile koje djeluju duž osi klipne čelične šipke. Ova opterećenja mogu biti ili zategnuti (povlačenje štapa) ili kompresivne (guranje štapa). Na primjer, u hidrauličkom cilindru pritisak koji se vrši tekućinom na klipu stvara aksijalno opterećenje na klipnom štapoću.
Da biste izračunali aksijalni stres ((\ sigma_ {aksijal})) na klipnom čeličnom štapoću, koristimo formulu (\ frac {f_ aksial}} {a}), gdje je (f_ {aksijal}) i (a = \ frac {\ pi d ^ {2}} {4}) (za kružni križ - odjeljak s promjerom (D)).
Recimo da imamo klipni čelični štap s prečnikom (d = 50) mm i aksijalnoj zateznoj sili (F_ {aksijalno} = 10000) n. Prvo izračunavamo križ - presjek (A = \ frac {\ pi (0,05) ^ ^ cca 1.963 \ puta10 ^ {- 3} \ m ^ {2}). Tada aksijalni stres (\ sigma_ {aksial} = \ frac {10000} {1.963 \ puta 10 ^ {- 3}} \ cca5.09 \ puta10 ^ {6} \ pa = 5.09 \ mpa).
Teret za savijanje
Opterećenja savijanja nastaju kada se sila primijeni okomito na osovinu šipke, uzrokujući da se savija. U motoru sa nazivom, spojnica (vrsta klipnog štapa) doživljava teret savijanja zbog uglađenog pokreta radilice.
Stres za savijanje ((\ sigma_ {savijanje})) u snopu (koja se klipna šipka može razmotriti u slučaju savijanja), da li je formula (\ frac {m y} {i}), gdje je udaljenost od neutralne osi, a (i) je trenutak inercije križa.
Za kružni križ - štap presjeka, trenutak inercije (i = \ frac {\ pi d ^ {4}} {64}). Ako preuzmemo jednostavan slučaj u kojem je klipni štap podvrgnut čistom trenutku savijanja (m = 500 \ n \ CDOT M) i (d = 30) mm, a želimo pronaći maksimalni stres savijanja (koji se događa na (y = \ frac {d} {2}). Prvo, (i = \ frac {\ pi (0,03) ^ {4}} {64} \ cca3.976 \ puta10 ^ {- 9} \ m ^ {4}), (y = 0,015 \ m). Zatim (\ sigma_ {Bending} = \ frac {500 \ puta0.015} {3.976 \ puta10 ^ {- 9}} \ cca1,89 \ puta10 ^ {8} \ pa = 189 \ mPa).
Torzijska opterećenja
Torzijska opterećenja su sile koje uzrokuju da se šipku uvijaju za svoju osovinu. Iako klipni štapovi obično doživljavaju manje torzijske opterećenja u odnosu na aksijalna i savijanja, u nekim aplikacijama poput rotacijskih hidrauličnih cilindara, torzijski stres može biti značajan.
Torzijski stres ((\ tau)) dat je formula (\ tau = \ frac {t r} {\}), gde je (t) primenjen obrtni moment, (r) je polumjer štapova i (j) je polarnog trenutka inercije. Za kružni križ - štap za odjeljak (J = \ frac {\ pi d ^ {4}} {32}).
Pretpostavimo da klipni štap ima prečnik (d = 40) mm i podvrgnut je obrtnom momentu (T = 200 \ n \ CDOT M). (R = 0,02 \ m) i (j = \ frac {\ pi (0,04) ^ {4}} {32} \ cca dim.513 \ puta10 ^ {- 8} \ m ^ {4}). Zatim (\ tau = \ frac {200 \ puta0.02} {2.513 \ puta10 ^ {- 8}} \ približno1,59 \ puta10 ^ {8} \ pa = 159 \ mPa).
Kombinirani tereti
U stvarnom - svjetskom primjenu, klipne čelične šipke često su podvrgnute kombinaciji aksijalnih, savijanja i torzijskih tereta. Da biste izračunali kombinirani stres, moramo koristiti složenije metode poput kriterija stresnog od Von Mises-a.
Stres Von Mises ((\ sigma_ {v})) za tri-dimenzionalno stanje stresa (s obzirom na aksijalne napomene i torzijske napone) daje (\ sigma_ {v} = \ sqrt {\ sigma_ {aksijalna} ^ {2} +3 \ tau ^ {2}}) (za slučaj u kojem je uključen (\ sigma_ {Bending}) (\ sigma_ {aksijal}) na pojednostavljeni način).
Čimbenici koji utječu na izračun stresa
Svojstva materijala
Materijal klipnog čeličnog štapa igra značajnu ulogu u izračunu stresa. Različiti materijali imaju različite snage prinosa i elastični moduli. Na primjer,EN8D kromirani hard hromirani hidraulični klipni šipci cilindraizrađeni su od određene čelične legure koji ima određena mehanička svojstva. Snaga prinosa ((\ sigma_ {y})) materijala određuje maksimalni stres štap može izdržati prije nego što se počne deformirati plastično. Ako izračunati stres prelazi snagu prinosa, štap može propasti.
Površinski finiš
Glatka površina može smanjiti koncentracije stres. Koncentracije stresa javljaju se na bodovima na kojima su nagle promjene u geometriji štapa, poput rupa ili zareza. Gruba površina može djelovati kao stres - koncentrirani faktor, povećavajući lokalni stres i potencijalno dovodeći do preranog kvara.
Temperatura
Temperatura može uticati i na stres u klipnom čeličnom štapoću. Na visokim temperaturama, mehanička svojstva materijala kao što su jačina prinosa i elastični modul mogu se mijenjati. Na primjer, čelik obično postaje mekši na visokim temperaturama, što znači da može izdržati manje stresa prije deformiranja.
Faktori sigurnosti
Prilikom dizajniranja klipnih čeličnih šipki važno je uključiti faktore sigurnosti. Faktor sigurnosti ((n)) definiran je kao omjer vrhunske čvrstoće ili snage prinosa materijala do maksimalnog izračunatog stresa.
Na primjer, ako je jačina prinosaHidraulički cilindar klipMaterijal je (\ sigma_ {y} = 500 \ mPa) i maksimalni izračunati stres (kombinirani stres) je (\ sigma_ {max} = 200 \ mPa), zatim sigurnosni faktor (n = \ frac {500} {200} = 2,5). Veći faktor sigurnosti znači konzervativniji dizajn, ali može povećati i troškove i težinu štapa.
Važnost tačnog izračuna stresa
Precizan izračun stresa od vitalnog je značaja iz više razloga. Prvo, osigurava pouzdanost klipne čelične šipke. Šipka koja je ispod - dizajnirana može prerano uspjeti, što dovodi do skupih prekida i potencijalnih opasnosti sigurnosti. Drugo, pomaže u optimizaciji dizajna. Precizno izračunavanjem stresa možemo koristiti minimalni iznos materijala potreban za ispunjavanje zahtjeva opterećenja, smanjenje troškova i težine.
Naša ponuda klipnjača čelične šipke
Kao dobavljač čelika klipa, nudimo širok spektar visokokvalitetnih klipnih čeličnih šipki, uključujućiEN8D kromirani hard hromirani hidraulični klipni šipci cilindra,Hidraulički cilindar klip, iCK45 visoka - karbonska indukcija tvrdi čelični šipka. Naše šipke pažljivo se proizvode kako bi se zadovoljili najviši standardi kvaliteta i možemo vam pomoći u izračunavanju stresa na šipkama za vaše specifične aplikacije.
Ako vam trebaju klipne čelične šipke ili imate pitanja o proračunima stresa i dizajnu štapa, pozivamo vas da nas kontaktirate za nabavku i daljnje rasprave. Imamo tima stručnjaka koji vam mogu pružiti detaljnu tehničku podršku i pomoći vam da odaberete najprikladnije klipne čelične šipke za vaše potrebe.
Reference
- Gere, JM, & Timošenko, SP (1997). Mehanika materijala. PWS izdavačka kuća.
- Shigley, je, mischke, cr, & budynas, rg (2004). Mašinski dizajn. McGraw - Hill.