Ранее, трехмерная модель проектируемой конструкции страховочной стойки была загружена в программу автоматизированного проектирования Компас, где при помощи метода конечных элементов было установлено, что наибольшая концентрация напряжений наблюдается в центральном элементе стойки, представляющим собой квадратную трубу. Анализ данных, полученных с использованием метода конечных элементов, позволяет сделать вывод о том, что в наибольшей степени в проектируемой конструкции нагружена центральная стойка, выполненная в виде квадратной трубы. Эта стойка воспринимает деформацию сжатия. Значения напряжений в материале стойки варьируются от 30 до 40 МПа в зависимости от высоты стойки и распределения нагрузки. Из картины распределения напряжений можем сделать вывод, что для выбора номера профиля будет достаточным в нашем случае расчет на прочность на сжатие и уточняющий расчет стойки на устойчивость. Изображение проектируемой страховочной стойки представлено на рисунке 1. В качестве рассчитываемой была выбрана стойка с наибольшей вероятной нагрузкой — находящаяся в центре. Воспользуемся основным уравнением прочности для определения необходимого размера поперечного сечения этой квадратной трубы.
Зададим вес, который будут воспринимать опорные стойки. Пусть этот вес будет задан со значительным запасом и составит 50 кг на одну стойку. Это значение позволяет учитывать вес размещаемого на лабораторном столе оборудования, распределенный равномерно между всеми опорами.
Основное уравнение прочности определяется отношением предельных нагрузок к площади поперечного сечения детали.
Из уравнения прочности становится возможным выразить значение площади сечений четырех подъемных рычагов, которые обеспечивают конструкции надлежащую прочность.
Поскольку предполагается изготовление конструкции из стальных профилей, то [δ] = 160 МПа.
Таким образом, требуемая площадь сечения из расчета на сжатие составляет S = 31,3 мм2.
Поскольку стойка имеет длину, превышающую размер поперечного сечения многократно, то в качестве дополнительного силового расчета примем расчет на устойчивость по методике Эйлера. В уравнение Эйлера следует подставить следующие значения величин: Е — модуль упругости стали; Е = 200000 МПа; imin — минимальный момент инерции сечения рычагов, мм4; μ — коэффициент, учитывающий вариант закрепления стойки; при жестком креплении будет составлять μ = 4; l – длинна сойки, l = 670 мм.
По найденному значению минимального момента инерции выполним подбор профиля.
Согласно ГОСТу 30245 — 2003 достаточным для обеспечения прочности и жесткости будет минимально возможная в соответствии со стандартом труба квадратная 40х40х2 со справочным значением момента инерции I = 6940 мм3.
Таким образом, выбранная квадратная труба позволит обеспечить значительный запас прочности: из условия расчета на устойчивость запас прочности составит 15 раз, из условия расчета на прочность при сжатии — 5 раз.