Пример_4
Про тёрку!
Каких тёрок только я не видел за свою жизнь! В детстве приходилось, сидя на русской печке, «точить» на тёрке кукурузу, нашу кормилицу и спасительницу от голода и холода! На тех довоенных и послевоенных тёрках и крупорушках измельчали буквально всё, что надо было измельчать! И не помню случаев разрушения тех «старинных» тёрок! А крупорушку, по рассказу моего старшего брата, изрубил топором один милиционер! Он считал, что крупорушка в личном хозяйстве это вызов социалистической собственности!
Итак, купила жена совсем недавно красивую тёрку, где-то более чем за 100р!
Истёр я одну морковку не до конца, и ручка отделилась от самой тёрки, как отделяются ступени ракеты!
Казалось бы, элементарная схема проверки крепления ручки к тёрке, не составляет труда для второкурсника технического факультета! Ан, нет! Ни кто не удосужился проверить эту схему! Главное что вес тёрки примерно 100 грамм и вес ручки того же порядка! А узел крепления (фланчик) не больше 5грамм! Даже такая информация вызывает недоверие к этой конструкции 21 века с точки зрения её надёжности!
Рис.1. Тёрка 21 века
Следует особо подчеркнуть «гениальность» конструкторской мысли в создании «супер- ручки» для тёрки 21 века! Ручка крепилась с тёркой через узел крепления, это такой пластмассовый эллиптический фланчик с приливом в центре для шурупа! Это ж какую пресс-форму надо было изготовить, чтобы получить такое «чудо»!?
Рис.2. Ручка в разрезе (виден оторванный прилив фланчика)
Рис.3. Главный «силовой» элемент крепления ручки –шуруп и металлическая заглушка!
Рис.4. Вот так разделяются ручка от тёрки!
Сложнейшее «изобретение» конструктора после небольших исследований, подлежит выбросу в мусорное ведро! Тёрку можно эксплуатировать, но очень неудобно!
Расчётная схема для основного случая нагружения тёрки приведена на рис.5.
Рис.5. Схема нагружения тёрки
F – Усилие от одной руки пользователя;
Принимаем за базовое (допустимое усилие) [F] = 100Н.
Ra – реакция второй руки, приложенная к ручке тёрки;
Rb – реакция от упора в дно кастрюли;
l1= 0.045м, l2 = 0.19м – расстояния соответственно от линии действия силы Ra до линии действия силы F и от линии действия силы F до линии действия реакции Rb.
l= l1 +l2 - длина тёрки с ручкой.
Уравнения статического равновесия:
Ra∙ (l1 +l2) - F∙ l2 = 0 (1)
Ra + Rb – F =0, откуда Ra = F∙ l2/(l1 +l2) (2)
В самом неблагоприятном случае, когда сила F приложена над сечением С, реакция Ra = 100∙ 0.19/(0.045 +0.19) = 81Н
Изгибающий момент в сечении соединения ручки с тёркой:
MС = Ra∙ 0.045 = 81∙ 0.045 = 3.6Нм (3)
Этот момент воспринимается парой сил от шурупа и реакции тёрки на ручку в месте контакта. Плечо пары равно примерно l= 0.015м. Усилие, возникающее в шурупе:
Р = МС/l = 3.6/0.015 = 243Н.
Площадь разрушения:
А = π∙ r2 = 3.14∙ 0.0032 = 0.28∙ 10-4м2
Максимальные напряжения:
σ = Р/А = 243Н/0.28∙ 10-4м2 = 8.7 МПа
Предельные напряжения для прессматериала имеют такой же порядок!
Вывод:
Прочность узла крепления ручки к тёрке недостаточна!
Результаты оценочных расчётов напряжений хорошо согласуются с результатами, что называется, «натурных испытаний»!