5.6 Баллер руля

Диаметр головы баллера d₀в сантиметрах должен быть не менее большего значения определяемого по формуле:

, (5.9)

где k₁₀= 26,1 – для переднего хода и 23,3 для заднего хода,

R_ен– верхний предел текучести материала для баллера.

Баллер изготавливаем из стали Д32 с пределом текучести R_ен= 315 МПа.

Тогда для переднего хода в сечении 1:

см,

Для заднего хода:

см.

Принимаем диаметр головы баллера 180 мм, равный диметру баллера рулевой машины.

Диаметр баллера в сечении 2 и 3:

Диаметр баллера в сечении 2:

см.

Диаметр баллера в сечении 3:

см.

Принимаем диаметр баллера в сечении 2 – 380 мм, в сечении 3 – 350 мм.

Диаметр баллера в сечении 4:

см

5.7 Расчет прочности баллера

Нормальные σи касательныеτнапряжения баллера определяются:

,, (5.10)

где М_и– расчетный изгибающий момент (М₁, М₂, М₃), действующий в рассматриваемом сечении баллера,

d_i, см – диаметр баллера в рассматриваемом сечении.

Приведенные напряжения вычисляются:

(5.11)

Допускаемые напряжения:

- на переднем ходу: МПа;

- на заднем ходу: МПа;

Расчет напряжений ведём в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Расчет напряжений

Сечение баллера	Ход передний/задний	σ,МПа	τ,МПа	σпр,МПа	[σ],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 38 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	180,96	8,91	181,3	158
	ЗХ		6,23	181,1	221
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3= 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	174,78	11,4	175,9	158
	ЗХ		7,98	175,3	221
Сечение 3 М4 = 191,8 кНм d4= 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	160,8	40,2	175,2	158
	ЗХ		28,13	168	221

Сравнивая σ_прс [σ] мы видим, что условия прочности баллера не выполняются. Для обеспечения условия прочности увеличиваем диаметр вала во втором сечении до 400мм, в третьем сечении до 370 мм, в четвертом сечении до 240мм и ведем расчет напряжений во втором приближении в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Расчет напряжений во втором приближении

Сечение баллера	Ход передний/задний	σ,МПа	τ,МПа	σпр,МПа	[σ],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 40 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	151,1	7,64	155,7	158
	ЗХ		5,35	155,3	221
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3= 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	147,9	9,66	148,8	158
	ЗХ		6,76	148,4	221
Сечение 4 М4 = 191,8 кНм d4= 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	141,52	35,4	154,2	158
	ЗХ		24,75	147,8	221

Сравнивая σ_прс [σ] делаем вывод, что прочность баллера руля обеспечивается.

5.8 Соединение баллера с пером руля

В качестве соединения баллера с пером руля выбираем коническое соединение со шпонкой.

В конусном соединении нижний конец баллера протачивается на конус (без уступа из цилиндрических частей), а в перо руля вваривается ступица.

Длина конической части баллера, которой он закрепляется в пере руля, должна быть не менее 1,5 диаметра баллера с конусностью не более 1:10.

Назначаем длину конической части 650мм.

Минимальный наружный диаметр ступицы должен быть в 1,3÷1,5 раз больше диаметра баллера.

Назначаем диаметр ступицы 600мм.

В большинстве применяющихся конструкций коническая часть баллера закрепляется в ступице с помощью специальной гайки навинчивающейся снизу. Диаметр резьбы гайки применяется не менее 0,9 меньшего диаметра конуса, наружный диаметр гайки не менее 1,5 диаметра резьбы, а высота – не менее 0,8 диаметра резьбы.

Зная диаметр баллера в сечении 3, длину конуса баллера и конусность определим меньший диаметр конуса, он равен 355мм.

Тогда диаметр резьбы гайки равен:

_{Передача крутящего момента в конусном соединении осуществляется с помощью шпонки. Размеры сечения шпонки bxh принимаются по ГОСТ 23360-78 в зависимости от среднего диаметра конуса dср , а длина шпонки назначается на основе проверки ее прочности на смятие:}

(5.12)

[σ_см]=60÷90МПа , принимаем [σ_см]=80 МПа

_{dср=(370+355)/2=362,5 мм}

_{При dср=362,5 мм bxh=90x45 мм.}

_{Принимаем длину шпонки равной 350 мм.}