2764

Детали машин. Контрольные задания. Примеры решения

Книга

Производство и промышленные технологии

Данные методические указания и контрольные задания составлены в полном соответствии с программами курсов Детали машин, Детали машин и основы конструирования и Детали машин и подъемно-транспортные устройства и предназначены студентам всех специальностей заочного факультета, для которых по учебному плану предусмотрены такие курсы.

Русский

2014-12-02

1.26 MB

1812 чел.

Данные методические указания и контрольные задания составлены в полном соответствии с программами курсов «Детали машин», «Детали машин и основы конструирования» и «Детали машин и подъемно-транспортные устройства» и предназначены студентам всех специальностей заочного факультета, для которых по учебному плану предусмотрены такие курсы.

В соответствии с учебным планом необходимо выполнить контрольные работы, что позволяет закрепить рассмотренные ранее теоретические основы расчета деталей машин и узлов. Предлагаемое пособие должно помочь студентам овладеть методами решения конкретных задач, возникающих при проектировании некоторых видов соединений и деталей.

В рассмотренных решениях показаны основные методы, правила и нормы проектирования деталей машин, обеспечивающие выбор наиболее рациональных для них материалов, форм, размеров. В приведенных примерах достаточно подробно изложена последовательность расчета, приведены ссылки на литературные источники, в некоторых случаях даны соответствующие пояснения, в приложениях приведены необходимые справочные материалы.

Авторы надеются, что данное пособие подтолкнет студентов к сознательному разбору приведенных решений и самостоятельному выполнению необходимых задач.


1  РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Рабочая программа составлена на основании Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования для специальностей механического и технологического профиля и включает все основные разделы дисциплины «Детали машин» . Объем лекционных, практических и лабораторных занятий для студентов каждой  специальности определяется соответствующими план-графиками учебного процесса.

1.1  ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Закончив изучение дисциплины «Детали машин» студенты заочного факультета должны:

иметь представление

- о единой системе конструкторской документации;

- о расчете деталей машин по критериям работоспособности;

- о свойствах и назначении конструкционных материалов;

- об основах расчета и проектирования механических узлов и элементов оборудования пищевых предприятий;

знать и уметь использовать

- термины и понятия, принятые в области механики;

основные виды механизмов;

- литературу и стандарты для выбора нормализованных и стандартных изделий при проектировании узлов и машин;

- методы расчета на прочность, жесткость и устойчивость типовых элементов машиностроительных конструкций;

иметь опыт

- выполнения эскизов и чертежей машин, приборов и их деталей;

- чтения чертежей общего вида;

- выбора метода решения конкретной практической задачи;

- принятия оптимального решения некоторых задач.

1.2  СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.2.1  Лекционные занятия

Таблица 1.1

Номер раздела или темы

Наименование темы и краткое содержание.

Количество часов

Литература

технологи

механики

1

2

3

4

5

1.2.1.1

Классификация механизмов, узлов и деталей. Общие вопросы конструирования. Понятие машина и механизм. Классификация машин. Общие сведения о деталях и узлах машин.

0,5

0,5

[1, с.5],

[2, с.4],

[3, с.4],

[4, с.4…7]

1.2.1.2*

Основные критерии работоспособности, и расчета деталей машин. Прочность, износостойкость, жесткость, тепло-стойкость, виброустойчивость. Расчет на прочность: проектный и проверочный. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности.

0,5

0,5

[1, с.7…10, 18… 21],

[2, с.5… 11],

[3, с.5… 11],

[4, с.8… 14]

1.2.1.3*

Машиностроительные материалы. Конструкционные материалы. Черные металлы и сплавы цветных металлов. Пластмассы. Порошковые материалы. Термическая и химико-термическая обработка деталей.

0,5

0,5

[1, с. 10… 18], [2, с. 11… 13], [3, с. 11… 13], [4, с. 15… 20]

Продолжение таблицы 1.1

1

2

3

4

5

1.2.1.4

Основы взаимозаменяемости. Стандартизация. Точность изготовления деталей. Допуски и посадки. Шероховатость поверхности.

-

-

[1, с. 21… 28], [4, с. 20… 30]

1.2.1.5*

Механические передачи. Общие сведения. Классификация. Основные силовые и кинематические соотношения.

0,5

0,5

[1, с. 29… 34], [2, с. 117… 119],

[3, с. 111… 113],

[4, с. 113… 115]

1.2.1.6*

Зубчатые передачи. Основные понятия и определения. Основные геометрические параметры цилиндрических и конических передач

0,5

0,5

[1, с.34… 45],  [2, с. 119… 126],

[3, с. 113… 120],

[4, с. 153… 172]

1.2.1.7*

Расчеты передач на прочность. Критерии работоспособности и расчета передач. Проектный и проверочный расчеты. Усилия в зацеплении зубчатых передач.

1,0

1,0

[1, с.45… 59],  [2, с. 126… 193], [3, с. 120… 183], [4, с. 172… 198]

1.2.1.8*

Червячные передачи. Основные понятия, характеристики и область применения. Геометрические параметры. Критерии работоспособности и расчета. Проектировочный и проверочный расчеты. Усилия в зацеплении. Основные сведения о редукторах.

0,5

0,5

[1, с. 60 … 69], [2, с. 210… 229],

[3, с. 198… 215],

[4, с. 224… 251]

Продолжение таблицы 1.1

1

2

3

4

5

1.2.1.9

Передачи гибкой связью: цепные передачи. Устройство и принцип действия, назначение, область применения. Звездочки и цепи.

-

-

[1, с.84… 90],  [2, с.293… 310],

[3, с.276… 291],

[4, с. 251… 262]

1.2.1.10

Передачи гибкой связью: ременные передачи. Устройство и принцип действия. Область применения

-

-

[1, с.78… 84],  [2, с.267… 293],

[3, с.251… 276],

[4, с.124… 153]

1.2.1.11

Передача винт-гайка. Устройство и принцип действия.

-

-

[1, с.76… 78],  [2, с.310… 313],

[3, с.292… 294],

[4, с.262… 268]

1.2.1.12*

Оси и валы. Основы конструирования валов. Расчет валов на прочность (проектный и проверочный).

1,0

1,0

[1, с.91… 95],  [2, с.314… 330],

[3, с.295… 307],

[4, с.269… 288]

1.2.1.13*

Подшипники скольжения и качения: классификация, выбор и расчет. Назначение. Нагрузки, действующие на опоры. Конструкция. Расчет на износостойкость подшипников скольжения. Подбор подшипников качения по динамической и статической грузоподъемности.

1,0

1,0

[1, с.95… 109],

[2, с.330… 366],

[3, с.308… 341],

[4, с.288… 320]

1.2.1.14

Муфты механических приводов. Общие сведения и классификация. Основные типы муфт, подбор муфт.

-

-

[1, с.109… 116],

[2, с. 366… 401],

[3, с.341… 375],

[4, с. 320… 342

Продолжение таблицы 1.1

1

2

3

4

5

1.2.1.15*

Соединения деталей машин. Конструкция и расчет соединений на прочность. Неразъемные соединения: сварные, паянные, клеевые, заклепочные, с натягом. Разъёмные соединения: резьбовые, клеммовые и соединения типа "вал ступица": шпоночные, зубчатые, штифтовые.

2,0

2,0

[1, с.117… 141], [2, с. 20… 116], [3, с. 20… 110], [4, с. 36… 112]

1.2.1.16

Пружины и упругие элементы. Общие сведения, назначение  и классификация.

-

-

[1, с. 156… 159], [4, с. 342… 350]

1.2.1.17

Уплотнения и устройства для уплотнения. Назначение и основные типы.

-

-

[1, с.159… 163]

Всего

8,0

10,0

Примечание: *- Темы аудиторных занятий.

1.2.2 Практические занятия

Таблица 1.2

Порядковый номер, наименование темы практического занятия.

Кол-во час.

Номер соответствующей темы лекции

Литература

технологи

механики

1.2.2.1 Конструкция и расчет резьбовых соединений на прочность 

1,0

1,0

1.2.1.15

[1, с. 18…21,    с. 129…135],

[2, с. 21… 61],

[3, с. 21… 58],

[4, с. 63… 99]

1.2.2.2 Конструкция и расчет шпоночных и шлицевых соединений на прочность.

1,0

1,0

1.2.1.15

[1, с. 18…21, с.136…141],

[2, с. 91… 104], [3, с. 87… 100], [4, с. 99… 112]

1.2.2.3 Конструкция и расчет сварных соединений на прочность.

1,0

1,0

1.2.1.15

[1, с. 18…21, 117…122],

[2, с. 66… 82],

[3, с. 64… 78],

[4, с. 45… 56]

1.2.2.4 Конструкция и расчет заклепочных соединений на прочность.

1,0

1.2.1.15

[1, с. 18…21, с. 117…122],

[2, с. 61…66 ],

[3, с. 58… 63],

[4, с. 36… 45]

1.2.2.5 Конструкция и расчет соединений с натягом на прочность.

2,0

1.2.1.15

[1, с. 18…21, с. 122…124],

[2, с. 104… 116],

[3, с. 100… 110],

[4, с. 57… 63]

1.2.2.6 Кинематический и энергетический расчет привода машин.

2,0

2,0

1.2.1.5… 1.2.1.10

[1, с. 29…34],

[2, с. 117… 119],

[3, с. 111… 113]

Всего

6,0

8,0

1.2.3  Лабораторные занятия

Внимание! Все лабораторные работы выполняются в лаборатории «Детали машин» КемТИПП или, если это позволяет лабораторная база, в учебных лабораториях представительств вуза или заменяются  лабораторно- практическими занятиями.

Таблица 1.3

Порядковый номер, наименование темы лабораторного занятия

Количество

часов

Номер соответствующей темы

лекционного

материала

Литература

технологи

механики

1

2

3

4

5

1.2.3.1 Детали машин общего назначения

2,0

2,0

1.2.3.2 Цилиндрические и червячные редукторы

4,0

1.2.1.6... 1.2.1.8

[1, с.34… 42,

60 … 63],

[2, с. 119… 123, 210… 215],

[3, с. 113… 117, 198… 204],

[4, с.153… 173, 224… 233

1.2.3.3 Основы конструирования валов

2,0

1.2.1.12

[1, с. 21… 28, 91],

[2, с. 314… 315],

[3, с.295… 296],

[4, с. 20… 30, 269… 273]

1.2.3.4 Изучение основ конструирования колес

2,0

1.2.1.6... 1.2.1.8

Всего

2,0

10,0

1.2.4  Курсовой проект и характеристика его

Наименование курсового проекта «Привод электромеханический».

 Расчетно-пояснительная записка состоит из разделов: выбор электродвигателя, кинематический и энергетический расчет привода, расчет передач, проектировочные расчеты валов привода, выбор типа подшипников качения, расчет шпонок, выбор муфт.

Примечание: после выполнения указанных разделов, на миллиметровой бумаге выполняются компоновки редуктора.

Далее выполняются разделы: уточненный расчет валов и расчет подшипников на долговечность, сборкам разборка редуктора и привода, смазка привода. Объём 20-25 листов.

Графическая часть  состоит из следующих чертежей формата А1

Первый лист формата А1. Чертёж общего вида привода в двух или трех (для механиков) проекциях. Спецификация к чертежу.

Второй лист формата А1. Сборочный чертеж "Редуктор" в двух или трех (для механиков) проекциях. Спецификация к чертежу.

Два листа формата А3. "Деталировка". Выполняются рабочие чертежи двух или четырех (для механиков) сопряженных деталей.

1.3  УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

1.3.1  Основная и дополнительная литература

Основная

1  Гоголина И.В., Сорочкин М.С. Детали машин. Конспект лекций. - Кемерово: КемТИПП, 2001.- 164 с.

Дополнительная литература

2  Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высш. шк., 2002.- 408 с.: ил.

3  Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высш. шк., 1991.- 383 с.: ил.

4  Гузенков П.Г. Детали машин.- М.: Высш. шк., 1986.- 359 с.: ил.

 

2  КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

Количество контрольных работ  по курсу «Детали машин» для различных специальностей по учебным планам различное. Для технологических специальностей необходимо выполнение одной контрольной работы, для механических - двух. Соответственно этому данные контрольные работы составлены применительно к каждой специальности.

Каждая контрольная работа состоит из нескольких задач, номера которых приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Число контрольных работ

Номера групп задач для контрольной

работы

первой

второй

Технологи - 1

1, 3, 4, 6

Механики -2

1,2,3

4,5,6

Задачи и варианты каждой группы следует выбирать по двум последним цифрам шифра студента: по последней цифре - номер - задачи каждой группы, а по предпоследней - номер варианта задач. Например, по номеру шифра 159984 следует выполнить задачу 4, а вариант этой задачи - 8. Цифра нуль соответствует 10 как задачи, так и варианту.

Не следует приступать к выполнению контрольных работ, не изучив соответствующего раздела курса и не решив или не разобрав рекомендованных в конце каждого раздела примеров решения задач.

Студент, выполняющий контрольные работы несамостоятельно не приобретает необходимых знаний!!!

Неизвестные для расчета величины следует принимать самостоятельно, пользуясь для этого справочными данными.

Студенты технологических специальностей при решении задач первой и третьей групп ПРИНИМАЮТ УГОЛ   = 0º .

Контрольные работы надо выполнять в тетради, оставляя поля для замечаний рецензента. Условие задачи должно быть переписано полностью.

При решении задачи все этапы расчетов следует иллюстрировать; необходимо составить эскиз рассчитываемого соединения (или передачи), указать действующие усилия, моменты и проставить расчетные параметры.

Эскизы и кинематические схемы можно выполнять от руки с соблюдением условностей машиностроительного черчения. Размеры на эскизах должны быть проставлены в тех же буквах, какие входят в расчетные формулы.

Решать задачи надо в такой последовательности: наметить ход решения и те допущения, которые могут быть положены в его основу, составить уравнения или выписать формулы н общем виде, далее вместо буквенных обозначений подставить их цифровые значения в том порядке, в каком стоят буквенные и получить числовой результат. После этого дается последовательная расшифровка и объяснение каждой входящей в уравнение величине.

Решение задачи должно быть выполнено в логической последовательности с пояснениями и краткими формулировками производимых действий.

По ходу расчетов надо, давать подробные ссылки на источник принятых расчетных сведений. Список использованной литературы следует приводить в конце работы, указывая порядковый номер, автора, название книги и год издания (для примера см. «Список использованных источников»).

Выполненные контрольные работы студенты высылают в институт на рецензирование или привозят с собой на сессию. Получив проверенную работу, студент исправляет отмеченные ошибки и, если она не зачтена, высылает на повторное рецензирование. Контрольные задания, выполненные небрежно и без соблюдения предъявляемых требовании или не своего варианта, не рассматриваются.

Студенты, не выполнившие контрольные задания и не исправившие отмеченные рецензентом ошибки, к сдаче экзамена не допускаются. При сдаче экзамена студенты должны предъявить зачтенные контрольные работы и уметь объяснить содержание каждой выполненной ими задачи.

 

3  ПЕРВАЯ ГРУППА ЗАДАЧ. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

  1.  ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

На рисунках к задачам сварные швы показаны эскизно, а не по ГОСТ 2.312-72.

Задача 1. Проверить прочность сварного соединения (рисунок 3.1). Соединение выполнено двумя угловыми швами с катетом  k . Соединение нагружено силой F (таблица 3.1). Материал деталей -  сталь Ст 3. Сварка ручная.

Таблица 3.1

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

30

35

40

45

50

60

55

80

90

100

l, мм

400

500

300

500

400

500

400

400

400

300

h, мм

160

190

170

220

180

210

190

220

230

220

, мм

5

7

8

Электрод

Э42

Э50

Э42А

Задача 2. Проверить прочность сварного соединения, крепящего опорный швеллер, имеющий номер профиля №, к стальной плите (рисунок 3.2, таблица 3.2). Материал деталей – сталь Ст 3. Сварка автоматическая.

Таблица 3.2

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

25

30

40

45

50

55

60

65

70

75

l, мм

350

320

300

280

400

380

360

450

400

500

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

Задача 3. Проверить прочность сварного соединения, если на конце клеммового рычага, длиной l и толщиной (рисунок 3.3, таблица 3.3) приложена сила F. Материал рычага - Сталь 10.  Размер рычага у места сварки а. Сварка ручная.

Таблица 3.3

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

10

6,5

5

5

7

8

10

9

30

10

а, мм

65

55

55

60

70

80

90

75

100

50

l, мм

200

250

300

350

400

450

500

400

300

200

, мм

5

6

7

8

10

Электроды

Э42А

Э50

Э42

Э50

Э42А

Задача 4. Рассчитать сварное соединение – длину шва  l (рисунок 3.4), крепящее стойки неподвижного блока к  плите. Сварка автоматическая. Материал свариваемых деталей - сталь  Ст 5. Толщина стоек    (таблица 3.4).

Таблица 3.4

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

h, мм

160

150

120

150

160

150

135

150

120

110

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

, мм

6

8

10

Электроды

Э42А

Э50

Э42

Задача 5. Проверить прочность сварного соединения крепления трубы к неподвижной плите  А (рисунок 3.5) путем обварки по контуру сварным швом с катетом k, если наружный диаметр трубы D, толщина стенки (таблица 3.5). Материал трубы - сталь Ст 3. Сварка автоматическая электродами Э50А.

Таблица 3.5

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

50

60

70

80

90

100

120

140

120

130

D, мм

50

54

60

68

70

76

83

89

95

102

, мм

5

6

7

5

8

10

12

10

8

14

Задача 6. Рассчитать сварное соединение из серьги, блока и швеллера (рисунок 3.6). На блок действует сила F, толщина стенки серьги (таблица 3.6). Материал свариваемых деталей  - Сталь 10. Сварка ручная.

Таблица 3.6

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

5

10

7

8

9

10

12

14

12

13

h, мм

160

200

150

200

250

150

120

200

250

300

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

Электроды

Э42А

Э50

Э42

 , мм

6

8

10

Задача 7. Проверить прочность сварного соединения листа толщиной с уголком (рисунок 3.7), если на конце l рычага приложена сила F (таблица 3.7). Материал рычага - сталь Ст 5. Сварка ручная электродами Э50.

Таблица 3.7

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

20

30

40

50

40

30

40

50

35

40

l, мм

65

55

55

60

60

65

90

75

100

50

h, мм

120

150

110

130

140

100

140

160

100

90

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

, мм

5

6

7

8

10

Задача 8. Рассчитать сварное соединение стойки ручной лебедки с плитой (рисунок 3.8). Сила натяжения каната направлена под углом . Положение каната по длине барабана принять наиболее тяжелым. Расстояние между стойками l, высота оси барабана h. Крайнее положение каната от стойки a (таблица 3.8). Материал деталей –  Сталь15. Сварка ручная.

Таблица 3.8

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

30

26

30

35

28

30

38

20

40

35

h, мм

650

800

600

600

700

500

600

800

500

600

l, мм

500

450

400

500

550

600

400

600

800

700

a, мм

100

150

100

80

100

150

60

100

120

80

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

, мм

7

8

Электроды

Э42А

Э50

Задача 9. Рассчитать сварное соединение кронштейна с плитой (рисунок 3.9). Соединение выполнено угловыми швами с катетом  k . Соединение нагружено силой F (таблица 3.9). Материал деталей -сталь  Ст  4. Сварка ручная.

Таблица 3.9

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

10

35

40

45

50

20

35

30

25

50

l, мм

240

350

300

500

400

350

280

250

360

460

, мм

5

7

8

Электроды

Э42А

Э50

Э42

Задача 10. Рассчитать сварные швы, соединяющие зубчатый венец колеса с его диском и диск со ступицей (рисунок 3.10). Передаваемая зубчатым колесом мощность P, угловая скорость и его диаметры D и d приведены в таблице 3.10 .  Соединение выполнено двумя угловыми швами с катетами  k1 и k2. Материал обода и ступицы – Сталь 40, материал диска сталь Ст 3. Сварка ручная, электродами Э42.

Таблица 3.10

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P, кВт

32

35

40

30

50

60

65

55

40

50

, с -1

20

18

22

10

25

30

30

26

24

30

D, мм

160

180

240

300

340

440

390

480

280

190

d, мм

40

48

52

60

70

100

80

120

80

60

k1, мм

4

6

8

k2, мм

6

8

10

3.2 УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ПЕРВОЙ ГРУППЫ ЗАДАЧ

Теоретический материал по расчету сварных соединений изложен в источниках [1, с. 124… 129], [2, с. 67… 82], [3, с. 64… 78], [4, с. 45… 54].

3.2.1 Расчет ведут в следующем порядке.

1) Выбирают способ сварки (ручная электродуговая, автоматическая и т.д.) или назначают согласно заданию.

2) Принимают (или назначают согласно заданию) тип электрода и материал, свариваемых деталей. Для дуговой сварки применяют электроды с различной обмазкой, или покрытием, обеспечивающим устойчивое горение дуги и защиту материала шва от вредного воздействия окружающей среды. Для сварки конструкционных сталей применяют электроды: Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления металла шва, измеряемого в МПа. Буква А обозначает повышенное качество электрода, обеспечивающее получение более высоких пластических свойств металла шва.

3) Определяют допускаемые напряжения для основного материала и материала сварного шва.

Допускаемые напряжения растяжения основного металла

 Р] = Т  / [s],      (3.1)

где Т  - предел текучести основного металла (таблица А1); [s] – допускаемый коэффициент запаса прочности ([s] = 1,2... 1,8 для низкоуглеродистых и [s] = 1,5... 2,2 для низколегированных сталей) - большее значение при грубых расчетах; если разрушение сопряжено с тяжелыми последствиями, то значение [s] повышают в 1,5... 2 раза.

Допускаемые напряжения для сварных швов  ] при статической нагрузке задают в долях от допускаемого напряжения    Р] на растяжение основного металла  (таблица 3.11)

Таблица 3.11

Вид технологического процесса сварки

Допускаемые напряжения в швах при

растяжении Р]

сжатии

[СЖ]

срезе

[ ]

Автоматическая под флюсом, ручная электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая

 Р]

 Р]

0,65· Р]

Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка

0,9· Р]

 Р]

0,6· Р]

В случае если сваривают детали с различными механическими свойствами, то расчет допускаемых напряжений ведется для материала, обладающего наименьшим значением предела текучести.

4) Составляют расчетную схему соединения, приведя её к схемам, изложенным в конспекте лекций [1, с. 126… 129] или в [2, с. 69… 79].

Внешние силы, действующие на соединение, следует перенести в центр тяжести сварного шва в соответствии с правилами теоретической механики, при этом силы, действующие под углом к плоскости сварных швов, необходимо разложить на перпендикулярные составляющие (рисунок 3.11).

При переносе силы F1 параллельно себе появляется дополнительно момент пары сил равный

 M = F1  l .

При переносе силы F2 вдоль линии действия никаких дополнительных сил и моментов не возникает.

В задаче 8 усилие от каната приложено к барабану несимметрично по отношению к стойкам, поэтому и силы действующие на сварные швы (R 1 и R 2 ) будут различны. Для их определения следует составить уравнения равновесия относительно опор 1  и 2  – стоек (рисунок 3.12)

В задаче 10 следует из условия равновесия колеса относительно оси вращения

определить усилия Fi , вызывающие срез швов на соответствующих диаметрах Di .

Примеры расчетных схем для задач 1, 2, 3, 4, 6, 7,9 показаны на рисунке 3.13.

5) Назначают катет шва. В большинстве случаев k =  min , где min - меньшая из толщин свариваемых деталей. По условиям технологии k  3 мм, если  min  3 мм. Максимальная величина катета не ограничивается, однако швы с k >20 мм используются редко.

6) Определяют действующие напряжения отдельно для каждого силового фактора (силы, момента). Складывая напряжения, учитывают их направление (если направление векторов совпадает, то их складывают алгебраически, если векторы перпендикулярны, то их складывают геометрически).

7) При проектировании сварных швов обычно из условия прочности определяют их длину. Принимая при этом, что длина фланговых швов обычно не больше 50 k, лобовые швы могут иметь любую длину. Минимальная длина углового шва l min составляет 30 мм, что перекрывает дефекты сварных швов – непровар в начале и кратер в конце.

3.3 ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПЕРВОЙ ГРУППЫ

Пример 3.3.1 Рассчитать лобовой шов (рисунок 3.14), соединяющий два листа толщиной = 8 мм из стали Ст 3, если F = 100 кН, Сварка ручная электродом Э42.

Решение. 1  Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для стали Ст 3  = 240 МПа (таблица А1) и  = 1,45 (см. п. 3)

= 165 МПа.

2  В соответствии с таблицей 3.11 вычисляем допускаемое напряжение для сварного шва при срезе

= 0,6·165 = 99 МПа.

3  Из условия прочности (см. формулу 4.14 [1, с.128]) определяем  длину сварного шва

,

принимая k = = 8 мм, L = 2·l  (два шва) получаем

= 90,2 мм.

Учитывая  возможность технологических дефектов сварки, принимаем  l = 100 мм.

Пример 3.3.2. Стержень, состоящий из двух равнополочных уголков, соединенных косынкой, нагружен постоянной растягивающей силой F = 200 кН (рисунок 3.15). Определить номер профиля уголков и длину швов сварной конструкции соединения.

Материал уголков - сталь Ст 3.

Решение.1  Принимаем, что сварка осуществляется вручную электродами Э42.

2  Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для Ст 3  = 240 МПа  (таблица А1) и  = 1,25 (см. п. 3)

= 192 МПа

3  Определим допускаемое напряжение на срез для сварного шва, в соответствии с таблицей 3.11

   [τ '] = 0,6 ·[σ Р] = 0,6 ·192 = 115,2 МПа.

4  Из расчета на растяжение определим площадь сечения уголков

= 1042 мм2.

Для одного уголка А = 521 мм2. По ГОСТ (таблица А5 ) выбираем уголок № 5,6 имеющий площадь поперечного сечения А = 541 мм2, толщину полки  t = 5 мм и координату центра тяжести  х0 = 15,7 мм.

5  Сварные швы располагают так, чтобы напряжения в них были одинаковыми. Поэтому при проектировании соединения уголков с косынками, т.е. при  несимметричной конструкции, длину швов делают неодинаковой. Таким образом, каждый шов воспринимает только свою часть нагрузки F  - F1 и F2.

Длину фланговых швов определяют в предположении, что их длина пропорциональна этим частям силы F - F1 и F2. Параллельные составляющие F1 и F2 находят по формулам:

;    F1 + F2 = F.

Решая эти уравнения, получим:

= 200 ·103 · (56 – 15,7) / 56 = 144·103 H;

= 200 ·103 – 144·103 = 56 ·103 H.

6  Определим длину швов (см. формулу 4.14 [1, с.128]), приняв катет шва k = t = 5 мм:

 = 178 мм,

 = 69 мм.

Округляя, принимаем l1 = 180 мм, l2 = 40 мм, добавив для коротких швов по 5 мм против расчетной длины.

Пример 3.3.3 Найти параметры сварных швов кривошипа (рисунок 3.16), нагруженного постоянной силой F = 5 кН и имеющего размеры d = 100 мм; l = 200 мм; а = 300 мм; δmin =3 мм при условии, что прочность основного металла обеспечена.

Решение. 1  Дополнительно принято: основной металл - сталь Ст 4 (σТ = 260 МПа); сварка ручная дуговая электродом Э42А; швы угловые с катетом k = δmin = 3 мм (фрагмент А рисунок 3.16).

2   Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для стали Ст 4  = 260 МПа ( таблицу А1) и  = 1,65 (см. п. 3)

= 157,6 МПа.

3  Допускаемое касательное напряжение сварного шва (см. таблицу 3.11),

  [τ '] = 0,65 ·[σР] = 0,65 ·157,6 = 102 МПа.

4  Расчету подлежит шов № 1, который по сравнению со швом  № 2 дополнительно нагружен изгибающим моментом М. Опасное сечение шва – сечение по биссектрисе прямого угла - представляет собой коническую поверхность, которую условно разворачивают на плоскость стыка свариваемых деталей. Выполняют приведение нагрузки (перенос F в центр тяжести расчетного сечения) и составляют расчетную схему (рисунок 3.17), на которой: F - центральная сила; М - изгибающий момент, Т - крутящий момент:

М = Fּl = 5000 ּ 200 = 1ּ 106 Нּмм;

Т = Fּa = 5000 ּ 300 = 1,5 ּ 106 Нּмм

  1.  В наиболее нагруженных зонах шва, удаленных от оси Х-Х на расстояние у, находят суммарное касательное напряжение и сравнивают с допускаемым, используя зависимость,

,     (*)

где - касательное напряжение при действии центральной  сдвигающей силы  ; при наличии центрирующего пояска  = 0;

- касательное напряжение при действии вращающего момента Т,

= 2·1,5·106 / (3,14·1002·0,7·3) =

= 45,1 МПа;

- касательное напряжение при действии изгибающего момента М ,

 =

= 60,7 МПа.

Таким образом,

= 76,5 МПа < [τ '] = 102 МПа.

Статическая прочность угловых швов обеспечена.

6  Определим величину катета k проектным расчетом, преобразуя зависимость (*):

= 2,23 мм.

Принято k = 3 мм.

 

4  ВТОРАЯ ГРУППА ЗАДАЧ.

СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ И ЗАКЛЕПОЧНЫЕ

4.1 ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

Задача 1. Рассчитать цилиндрическое соединение с натягом, состоящее из вала, выполненного из стали 45, и шестерни, изготовленной из Стали 40ХН (рисунок 4.1). Диаметр вала под шестерней d, ширина шестерни b, диаметр окружности впадин шестерни df , и передаваемый шестерней момент T приведены в таблице 4.1. Недостающими данными задаться.

Таблица 4.1

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

d, мм

35

40

45

50

45

50

30

35

50

55

 b, мм

30

45

40

60

50

40

30

40

50

60

df, мм

90

100

105

110

115

120

125

130

135

140

T, Н·м

100

120

140

150

160

170

180

190

200

210

Задача 2. Рассчитать цилиндрическое соединение с натягом, состоящее из зубчатого венца 1 червячного колеса, выполненного из бронзы БрА9Ж3Л и центра колеса 2 , выполненного из чугуна СЧ10. Посадочная поверхность диаметром d длиной l. Диаметр отверстия для вала в центре колеса d1, диаметр окружности впадин зубчатого венца df ; а передаваемый червячным колесом момент Т (рисунок 4.2, таблица 4.2).

Таблица 4.2

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

d, мм

150

160

180

180

190

260

200

280

220

170

d1, мм

55

60

65

50

75

80

70

85

90

95

l, мм

30

45

40

60

50

60

40

50

70

60

df, мм

190

200

225

240

255

320

265

330

285

240

T, Н·м

200

250

340

280

260

320

280

300

320

310

Задача 3. Определить толщину листов, накладок и размеры продольного и поперечного заклепочных швов цилиндрического автоклава, предназначенного для испытаний деталей под давлением (рисунок 4.3). Диаметр автоклава D и давление жидкости в автоклаве P0 заданы в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

D, мм

500

600

750

850

950

800

900

700

550

650

P0, МПа

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

1,6

1,3

1,7

1,1

1,2

Задача 4. Определить диаметр и количество заклепок в соединении встык с двумя накладками (рисунок 4.4), а также проверить прочность полос на растяжение по ослабленному сечению, если нагрузка F (таблица 4.4) приложена статически. Полосы и накладки изготовлены из стали Ст 3, заклепки - из стали Ст 2 , отверстия сверленые.

Таблица 4.4

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

25

40

50

60

30

50

80

50

90

90

b, мм

150

200

160

200

120

140

200

220

200

320

l, мм

150

180

200

250

200

400

300

250

240

300

δ, мм

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

Задача 5. Подобрать посадку, для передачи вращающего момента Т , в соединения с размерами (рисунок 4.5).  Материал деталей - Сталь 50, шероховатость поверхностей - Ra 1 и Ra 2 (таблица 4.5).

Таблица 4.5

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

d1, мм

40

60

50

80

100

70

40

30

40

50

d, мм

100

140

150

170

120

180

150

120

100

160

d2, м

180

220

230

240

150

220

220

180

150

135

T, Нм

400

500

450

300

600

550

600

700

900

650

l , мм

30

40

40

40

50

60

80

60

70

45

Ra1, мкм

0,8

1,6

3,2

3,2

1,6

1,6

3,2

1,6

3,2

1,6

Ra2, мкм

1,6

3,2

3,2

1,6

3,2

1,6

1,6

3,2

3,2

1,6

Задача 6. Рассчитать заклепки, изготовленные из стали Ст 2, крепящие скобы A к косынке B и косынку со швеллером C. Все детали соединений выполнены из стали Ст 3. Сила, действующая на блок,  2F (рисунок 4.6). Толщина листов скобы и косынки δ (таблица 4.6).

Таблица 4.6

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

25

20

25

30

15

30

35

25

20

45

5

6,5

8

10

12

14

16

18

20

22

δ, мм

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

Задача 7. Рассчитать заклепочное соединение: определить число и диаметр заклепок, соединяющих косынку 1 со швеллерной балкой 2; высоту косынки  а  (рисунок 4.7). Материал косынки, швеллера и заклепок - сталь Ст3. Данные для расчета приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

35

30

25

20

15

25

30

35

20

40

10

12

14

16

18

20

22

24

27

30

l, мм

500

450

400

600

650

500

550

700

650

600

b, мм

34

44

56

60

70

80

90

110

130

160

δ, мм

4,0

4,0

5,0

5,0

6,0

6,0

7,0

7,0

8,0

8,0

Задача 8. Подобрать стандартную посадку с натягом венца шкива 1 плоскоременной передачи с центром 2 (рисунок 4.8). Соединение нагружено вращающим моментом Т. Размеры деталей соединения d , d1 , d2 , l , шероховатость поверхностей – Ra 1 и Ra 2 указаны в таблице 4.8. Материал венца - Сталь 35Л, центра – чугун СЧ18.

Таблица 4.8

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

T, Н·м

150

160

180

200

220

240

260

280

300

320

d1, мм

100

110

110

120

130

140

150

160

170

180

d ,мм

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

d 2,мм

200

220

240

260

260

260

260

290

300

310

l, мм

30

30

40

40

40

50

50

50

60

60

Ra 1

1,6

1,6

1,6

1,6

1,6

3,2

3,2

3,2

3,2

3,2

Ra 2

2,5

2,5

2,5

3,2

2,5

3,2

6,3

6,3

6,3

6,3

Задача 9. Определить усилие, необходимое для запрессовки шарикоподшипника  (рисунок 4.9). Допуски посадочных поверхностей деталей соединения приведены в таблице 4.9. Материал вала – Сталь 40Х, материал колец подшипников – Сталь ШХ15 (модуль упругости Е2 = 2,1∙ 105 МПа ), шероховатость посадочной поверхности вала под внутреннее кольцо подшипника Ra1 =1,25 мкм и внутреннего кольца подшипника Ra2 =1,25 мкм .

Таблица 4.9

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

204

206

208

210

212

304

306

308

310

312

Допуск вала

k6

m6

m6

k6

k6

k6

m6

m6

m6

k6

Допуск отверстия

L0

L0

L0

L0

L0

L0

L0

L0

L0

L0

Задача 10. Определить диаметр и число заклепок, крепящих равнобокий уголок к косынке толщиной  , а также указать размещение заклепок, если уголок воспринимает усилие F , действующее по оси симметрии соединения (рисунок 4.10, таблица 4.10). Материал уголка, косынки и заклепок - сталь Ст 3, отверстия сверленые. Проверить также напряжение в уголке по ослабленному сечению.

Таблица 4.10

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

25

20

35

50

15

30

40

25

20

45

уголка

4,5

5

5,6

6,3

7,5

8

9

10

11

12,5

δ, мм

4

4

6

6

8

8

10

10

12

12

4.2 УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ВТОРОЙ ГРУППЫ ЗАДАЧ

Теоретический материал по расчету заклепочных соединений изложен в конспекте лекций [1, с. 117… 122] и учебниках  [2, с. 61… 67], [3, с. 58… 63], [4, с. 35… 44], а соединений с натягом в источниках [1, с. 122… 124], [2, с. 104… 116], [3, с. 100… 110], [4, с. 57… 62].

4.2.1  Подбор посадки с натягом. Исходные данные: Т - вращающий момент на колесе, Нм; Fa – осевая сила, Н; d - диаметр соединения, мм; d1 - диаметр отверстия пустотелого вала, мм; d2 - условный наружный диаметр втулки (ступицы колеса, внешний диаметр бандажа и др.), мм; l - длина сопряжения, мм; материалы соединяемых деталей и шероховатость поверхностей. При одновременном нагружении соединения вращающим моментом Т и осевой силой Fa расчет условно ведут по равнодействующей силе FΣ , составляющими которой являются окружная сила  T и осевая сила Fa 

  .     (4.1)

Осевую силу , действующую в зацеплении, в расчет не принимают: как показывает анализ, после приведения сил  и  к диаметру d соединения, влияние осевой силы оказывается незначительным (с учетом силы  давление увеличивается для цилиндрических и червячных колес в 1,005 раза, а для конических колес с круговым зубом в 1,02 раза).

Подбор посадок производят в следующем порядке.

  1.   Среднее контактное давление (МПа)

,   (4.2)

где  K - коэффициент запаса сцепления;

f - коэффициент трения.

При действии на соединение изгибающего момента МИ требуемое давление определяют по выражению

  .     (4.3)

Для предупреждения снижения несущей способности вследствие нестабильности коэффициента трения и контактной коррозии (изнашивания посадочных поверхностей вследствие их микроскольжения при действии переменных напряжений, пиковых нагрузок, особенно в период пуска и останова) или для уменьшения ее влияния в соединениях с натягом следует предусматривать определенный запас сцепления  K, который принимают K = 2,0…4,5.

Для определения числовых значений коэффициента трения  f  можно воспользоваться данными таблицы 4.11 в которой приведены значения коэффициента трения в случае соединения с валом, изготовленным   из стали.

Таблица 4.11

Способ сборки соединения

Сталь

Чугун

Алюминиевые и магниевые сплавы

Латунь

Пластмассы

Механический

0,06…0,13

0,07… 0,12

0,02… 0,06

0,05… 0,10

0,6… 0,5

Тепловой

0,14… 0,16

0,07… 0,09

0,05… 0,06

0,05… 0,14

-

  1.   Расчетный теоретический натяг (мкм):

,    (4.4)

где C1, С2 - коэффициенты жесткости:

;    (4.5)

,    (4.6)

здесь Е - модуль упругости, МПа: для стали - 2,1∙105; чугуна - 0,9∙105; оловянной бронзы - 0,8∙105; безоловянной бронзы и латуни - 105;

- коэффициент Пуассона: для стали - 0,3; чугуна - 0,25; бронзы, латуни - 0,35.

Индекс «1» для охватываемой детали (вала), индекс «2» для охватывающей детали (втулки).

В задачах о посадке подшипника качения (задача 9) диаметры d1  и d2 (таблица Б11) необходимо определить по следующим зависимостям.

Диаметр по дну желоба (d2)

d 0 = 0,5 ·(D + d) – d w ,     (4.7)

диаметр борта (d1)

d 2 = d 0 + 2·0,2· d w ,      (4.8)

где соответствующие размеры подшипника приведены в таблице Б11.

3)  Поправка на обмятие микронеровностей (мкм)

u = 5,5·(Ra1 + Ra2),     (4.9)

где Ra1 и Ra2 - средние арифметические отклонения профиля поверхностей. Значения Ra  , мкм принимают согласно чертежу детали или по таблице 4.12, где приведены рекомендуемые значения параметра шероховатости Ra  для посадочных поверхностей отверстий и валов.

Таблица 4.12

Интервалы

размеров, мм

Отверстие

Вал

Квалитет

6,7

8

9

6, 7

8

9

Ra, мкм

Свыше 18 до 50

0,8

1,6

3,2

0,8

0,8

1,6

Свыше 50 до 120

1,6

3,2

0,8

1,6

Свыше 120 до 500

1,6

3,2

1,6

3,2

4)  Поправка на температурную деформацию (мкм). При подборе посадки зубчатых венцов червячных колес, которые нагреваются при работе передачи до относительно высоких температур, учитывают температурные деформации центра и венца колеса, ослабляющие натяг

.  (4.10)

Здесь t1 и t2 - средняя объемная температура соответственно обода центра и венца колеса. Значения коэффициентов , 1/°С: для стали - 12∙10-6; чугуна - 10∙10-6; бронзы, латуни - 19∙10-6.

5)  Минимальный натяг (мкм), необходимый для передачи вращающего момента,

.       (4.11)

6)  Максимальный натяг (мкм), допускаемый прочностью охватывающей детали (ступицы, венца и др.),

.     (4.12)

7)  Максимальная деформация (мкм), допускаемая прочностью охватывающей детали,

,    (4.13)

где

;   (4.14)

максимальное давление, допускаемое прочностью охватывающей детали (- предел текучести материала охватывающей детали, МПа).

8)  Выбор посадки. По значениям  [ N ]min и  [ N ]max выбирают по таблице Б10 одну из посадок, удовлетворяющих условиям (4.11) и (4.12).

Приводимые в таблице Б10 значения минимального  и максимального  вероятностных натягов подсчитаны по формулам, учитывающим рассеивание размеров вала и отверстия и, как следствие, рассеивание величины натяга.

9)  Для выбранной посадки определяют силу запрессовки или температуру нагрева детали.

Сила запрессовки, Н

,    (4.15)

где    , МПа      (4.16)

-Pmax - давление от натяга  выбранной посадки;

-fП - коэффициент сцепления (трения) при прессовании (таблица 4.13).

Таблица 4.13

Материал деталей

соединения

Сталь -

сталь

Сталь -

чугун

Сталь -  бронза,      латунь

Чугун - бронза,      латунь

fП

0,20

0,14

0,10

0,08

10)  Температура нагрева охватывающей детали, °С для обеспечения зазора при сборке

   (4.17)

где   - зазор для удобства сборки, мкм; этот зазор принимают в зависимости от диаметра вала d по таблице 4.14:

Таблица 4.14

d, мм

св. 30 до 80

св. 80 до 180

св. 180 до 400

, мкм

10

15

20

Температура нагрева должна быть такой, чтобы не происходило структурных изменений в материале. Для стали [t] = 230… 240°С, для бронзы [t] = 150… 200°С.

4.2.2 Заклепочные соединения. Последовательность расчета.

4.2.2.1 Расчет прочных заклепочных швов (задачи 4, 6, 7, 10)

1) Определяют диаметр заклепки d0  и параметры шва: шаг многорядных швов  p  и расстояние от оси заклепок до кромок  e  по рекомендациям, приведенным в конспекте лекций [1, с. 121].

2) Допускаемые напряжения. На практике при расчете прочных заклепочных швов силу трения не учитывают, используя более простой расчет по условным напряжениям среза [ СР ].

Для заклепок из сталей Ст 0, Ст 2, Ст 3 принимают [ СР ] = 140 МПа, [ СМ] = 280… 320 МПа при просверленных отверстиях в соединяемых листах; при изготовлении отверстий продавливанием и при холодной клепке допускаемые напряжения понижают на 20… 30%.

3)  Максимальную нагрузку на одну заклепку определяют из условия среза по (см.  формулу (4.1) [1, с.120]).

3)  Количество заклепок в шве определяют исходя из приложенной нагрузки. Для исключения возможности поворота соединяемых деталей число заклепок принимают  z   2.

4)  Разрабатывают конструкцию заклепочного шва (при этом уточняют параметры шва   p,  e.

5)  Спроектированный заклепочный шов проверяют  (см. формулу (4.3)  [1, с.120]) на растяжение деталей (листов) и  (см. формулу  (4.4)   [1, с. 121]) на срез детали.

4.2.2.2 Расчет прочноплотных заклепочных швов (задача 3) производят в следующем порядке

1)  Вычисляют толщину стенки цилиндрического сосуда (котла, автоклава и т, п.):

,     (4.18)

где P - давление па поверхность стенки сосуда; D - внутренний диаметр сосуда; [φ] - допускаемый коэффициент прочности продольного шва (расчет стенки сосуда производят по продольному шву), таблица 4.15; [σ P] - допускаемое напряжение при растяжении для стенки сосуда;  ν = 1... 3 мм - добавка на коррозию металла.

2)  Допускаемые напряжения. При расчете прочноплотных заклепочных швов их проверяют на плотность, т.е. на отсутствие относительного скольжения листов. Этому скольжению препятствуют возникающие между листами силы трения. Значение этой силы трения определяют экспериментально и условно относят к поперечному сечению заклепки. Поэтому проверка заклепок по допускаемому условному напряжению τУС ≤ [τ УС] одновременно является проверкой шва и на плотность. Значения [τ УС] даны в таблице 4.15, где приведены рекомендуемые значения основных параметров прочноплотных заклепочных швов в зависимости от значения 0,5·P·D.

Допускаемые напряжения при растяжении для стенки сосуда определяют в зависимости от температуры нагрева стенки сосуда: при температуре t  < 250 0 C

[ Р]= В  / [sT],     (4.19)

где В  - предел прочности при растяжении материала листов, из которых выполнена стенка сосуда (таблица А1);

[sT] – коэффициент запаса прочности, [sT] ≈ 4,5.

Таблица 4.15

Тип шва

Двухрядный стыковой с двухсторонними накладками

Трехрядный стыковой с двухсторонними накладками

0,5·P·D, МПа·м

0,45… 1,35

0,45… 2,30

Диаметр заклепок d 0 , мм

δ + (5… 6)

δ +5

Шаг p , мм

3,5·d + 15

d +20

Допускаемый коэффициент

прочности шва [φ]

0,75

0,85

Допускаемое условное

напряжение на срез [τУС], МПа

47… 57

45… 55

3)  Максимальная нагрузка на одну заклепку  в продольном шве

F= 0,5 · P · D · p / z;    (4.20)

в поперечном шве

F= 0,5 · P · D · p / z,    (4.21)

где z - число заклепок, которыми скрепляют листы на участке шва шириной р.

4) Производят проверочный расчет заклепок по допускаемому условному напряжению на срез

 (4.22)

где  - условное расчетное напряжение на срез в заклепках;  k - число плоскостей среза заклепки.

5)  После определения d0 ,  p и проверки шва на плотность вычисляют остальные размеры шва.

Для прочноплотных швов расстояние заклепки   до края листа

e = 1,65 · d0 .     (4.23)

Расстояние между рядами заклепок

e 1  = 0,5 ·р.     (4.24)

Толщина накладок

δ 1 = 0,85 · δ.     (4.25)

4.3 ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВТОРОЙ ГРУППЫ

Пример 4.3.1 Косозубое цилиндрическое колесо передает на вал номинальный вращающий момент Т = 400 Н м. На зубья колеса действуют силы: окружная Ft = 4000 H; радиальная Fr, =1500 H и осевая Fa = 1000 Н; точка приложения этих сил расположена в середине зубчатого венца колеса на диаметре . Размеры деталей соединения даны на рисунке 4.11. Материал колеса и вала: сталь 40Х, термообработка - улучшение, твердость поверхности 240... 260 НВ, пределы текучести  = 650 МПа. Сборка осуществляется запрессовкой. Требуется подобрать стандартную посадку для передачи заданной нагрузки.

Решение. 1  Коэффициент запаса сцепления принимаем K = 3 , так как на соединение действуют циклические напряжения изгиба. Напряжения изменяются потому, что силы Ft , Fr и Fa в пространстве неподвижны, а соединение вал-колесо вращается.

2  Коэффициент трения f = 0,08 (см. таблица 4.11), так как детали соединения стальные без покрытий и сборка осуществляется под прессом (запрессовка).

3  Действующий на соединение изгибающий момент от осевой силы Fa  на колесе равен

MИ  = Fa  / 2 = 1000200 / 2 = 100 Нм = 100000 Нмм.

4  Потребное давление для передачи вращающего момента Т и осевой силы Fa  определяем по формулам (4.1) и (4.2)

= 47,5 МПа.

5  Потребное давление для восприятия изгибающего момента MИ из условия нераскрытия стыка находим по формуле (4.3)

= 6,09 МПа.

Для дальнейшего расчета в качестве потребного давления P выбираем большее значение, т. е. P = P1 = 47,5 МПа.

6  Расчетный теоретический натяг определяем по формуле Ляме (4.4)

.

Посадочный диаметр соединения d = 60 мм (см. рисунок 2.11), вал сплошной стальной с параметрами: d = 60 мм; d1 = 0;  = 0,3; E1= 2,1105 МПа; ступица (зубчатое колесо) стальная с параметрами: d2 = 95 мм; d = 60 мм;  = 0,3; E2 = 2,1105 МПа, здесь условно принимают наружный диаметр d2 охватывающей детали равным диаметру ступицы зубчатого колеса.

Тогда по формулам (4.5), (4.6) коэффициенты

= 1 – 0,3 = 0,7;

= 2,63.

При этих параметрах потребный расчетный теоретический натяг равен (4.4)

= 45,2 мкм.

6  Поправка на обмятие микронеровностей (4.9) составляет

u  = 5,5·( Ra1 + Ra2) = 5,5·(0,8 + 1,6) = 13,2 мкм,

где Ra1 = 0,8,   Ra2 = 1,6 согласно рисунка  4.11.

7  Температурную поправку  принимаем равной нулю. Минимальный натяг, требуемый для передачи заданной нагрузки, равен (4.11)

= 45,2 + 13,2 + 0 = 58,4 мкм.

8  Давление на поверхности контакта, при котором эквивалентные напряжения в ступице колеса достигают значения предела текучести материала ступицы  = 650 МПа, находим по формуле (4.14)

МПа.

9  Расчетный натяг, соответствующий давлению [P] max , т. е. натяг, при котором эквивалентные напряжения у внутренней поверхности ступицы достигнут предела текучести материала ступицы, составляет (4.13)

= 185,9 мкм.

10  Максимально допустимый натяг (4.12) по условию отсутствия зон пластических деформаций у охватывающей детали (ступице зубчатого колеса) равен

 Nmax  = [max] +  и = 185,9 + 13,2 = 199,1 мкм

11  Для образования посадок принимаем систему отверстия. Допускаем вероятность появления (риск появления) больших и меньших натягов 0,14%, т.е. принимаем надежность Р (t) = 0,9986. Условия пригодности посадки

 N  min  ≥ N Р min  ; N Р maxN max .

12  В таблице Б10, из числа рекомендуемых стандартных посадок пригодна посадка Ø 60 Н7/u7 , для которой вероятностный минимальный натяг N Р min  = 66 мкм больше минимального натяга, требуемого для передачи заданной нагрузки, N  min  = 58,4 мкм, а максимальный вероятностный натяг N Р max  = 108 мкм меньше максимального натяга по условию отсутствия пластических деформаций у ступицы колеса N max  = 199,1 мкм.

Прочность деталей соединения, в частности ступицы зубчатого колеса, проверять не надо, так как у выбранной посадки максимальный вероятностный натяг N И min  =108 мкм. При таком натяге эквивалентные напряжения в ступице будут меньше предела текучести, поскольку эквивалентные напряжения в ступице достигают предела текучести при натяге 199,1 мкм.

Пример 4.3.2  Рассчитать и сконструировать заклепочное соединение внахлестку двух полос с размерами в сечении b   = 150 6 (рисунок 4.12); сила F, действующая на соединение, приложена по оси симметрии листов и равна 80 кН. Материал листов сталь Ст 3, заклепок - сталь Ст 2.

Решение. 1 Расчет ведем для прочного заклепочного соединения [1, с.121].

Определим диаметр заклепок

 d0  = (1,8... 2)· = (1,8... 2)·6 = 10,8...12 мм.

Примем d0 =12мм.

2  Определим максимальную нагрузку на одну заклепку из условия среза (см.  формулу (4.1) [1, с.120])

F1= Ak ∙[СР] = 1131140 = 15820 Н;

где:  мм2.

3  Необходимое число заклепок

= 5,05.

Принимаем число заклепок z = 6 .

Чтобы уменьшить влияние изгиба на прочность соединения, располагаем заклепки в 2 ряда по 3 в каждом (см. рисунок 4.12).

4  Определим расстояние от оси заклепки до края листа – e и шаг p между заклепками в ряду [1, с.121]

p = 3 ∙d0 = 3 ∙12 = 36 мм ,  принимаем p = 50 мм

e = 2 ∙d0 = 2 ∙12 = 24 мм,  принимаем e = 25 мм.

4  Проведем проверку по напряжениям смятия (см.  формулу (4.2) [1, с.120])

= 185 МПа  = 280 МПа,

уточнив при этом нагрузку, приходящуюся на одну заклепку

= 13300 Н.

5  Проверим прочность листов по ослабленному заклепками сечению А – А (см.  формулу (4.3) [1, с.120])

= 117 МПа  = 160 МПа .

Условие прочности выполнено.

 

5 ТРЕТЬЯ ГРУППА ЗАДАЧ. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

5.1 ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

Задача 1. Определить диаметр болтов, соединяющих барабан грузовой лебедки диаметром D с зубчатым колесом (рисунок 5.1). Болты расположены по окружности диаметром D1. Тяговое усилие,  развиваемое лебедкой F t  (таблица 5.1). Нагрузка постоянная. Болты поставлены в отверстие с зазором и без зазора. Количество болтов z.

Таблица 5.1

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ft, кН

12

18

25

30

35

20

15

25

16

27

D, мм

250

300

300

350

350

350

450

400

400

450

D1, мм

350

400

450

500

520

550

580

600

620

650

z, шт

4

6

8

Задача 2. Определить в поперечно-свертной муфте (рисунок 5.2) диаметр болтов, расположенных по окружности диаметром D в количестве z. Передаваемая, валом мощность  P  при угловой скорости  (таблица 5.2). Нагрузка постоянная. Расчет выполнить для болтов, установленных в отверстие с зазором и без зазора.

Таблица 5.2

Варианты

1

2

3

4

5

6

8

9

10

P, кВт

7,0

5,0

9,5

6,0

10,0

8,0

6,0

19,0

16,0

18,0

, рад/с

21,0

20,0

25,0

15,0

25,0

20,0

15,0

30,0

25,0

10,0

D, мм

135

135

155

155

180

160

170

150

170

220

 z, шт

4

6

Задача 3. Рассчитать болты, которыми стойка прикрепляется к плите (рисунок 5.3), по данным таблицы 5.3. Нагрузка статическая. материал болтов – сталь Ст 5.

Таблица 5.3

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

10

8

10

9

11

10

6

7

8

9

, рад

/3

/4

/6

/4

/6

/4

/3

/3

/6

/4

Задача 4. Определить диаметр фундаментных болтов, крепящих стойку к бетонному основанию (рисунок 5.4). Болты принять с метрической резьбой. На кронштейн действует сила F (таблица 5.4) . Нагрузка статическая. Материал болтов – Сталь 15. Размеры основания – a  и  b.

Таблица 5.4

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

10

8

9

8

9

10

8

7

8

8

a, мм

200

200

200

350

350

350

350

350

200

200

b, мм

100

120

130

120

110

100

120

90

110

130

, рад

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

/3

/6

/4

h, мм

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

Задача 5. Определить диаметр резьбовой части вала, на конце которого между двумя шайбами посредством сил трения, возникающих при затяжке гайки, зажата дисковая пила (рисунок 5.5). Сопротивление резанию F, диаметр пилы D, средний диаметр шайб D1  (таблица 5.5). Материал вала - сталь Ст 5. Нагрузка постоянная.

Таблица 5.5

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, Н

400

500

600

450

400

450

500

550

600

650

D, м

0,9

0,85

0,75

0,7

0,65

0,6

0,55

0,50

0,45

0,4

 D1, м

0,16

0,15

0,14

0,14

0,13

0,13

0,13

0,12

0,12

0,11

Задача 6. Определить диаметр болтов, соединяющих венец и ступицу зубчатого колеса (рисунок 5.6). Болты расположены по окружности диаметром D. Передаваемый крутящий момент Т , число болтов  z (таблица 5.6). Болты установлены в отверстия с зазором. Нагрузка постоянная.

Таблица 5.6

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Нм

300

350

400

450

700

750

800

900

850

800

D, мм

140

200

200

250

500

450

400

300

250

280

z, шт

4

6

8

Задача 7. Определить диаметр резьбы шпильки станочного прихвата (рисунок 5.7) по данным таблицы 5.7. Недостающими данными задаться.

Таблица 5.7

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

4,0

4,5

5,0

5,0

4,0

4,5

5,5

5,5

6,0

6,5

a, мм

120

130

140

150

165

160

175

180

190

200

b, мм

160

150

140

140

130

135

140

150

160

160

Задача 8. Определять диаметр болтов, соединяющих косынку с полосовой сталью (рисунок 5.8), на конце которой приложена нагрузка F. Длина консольной части l , расстояние между болтами t (таблица 5.8) . Расчет выполнить для болтов, установленных в отверстие с зазором.

Таблица 5.8

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

1,0

1,5

0,8

1,2

0,8

0,6

1,0

0,9

0,8

0,7

l, мм

120

130

140

150

165

160

175

180

190

200

t, мм

260

250

240

180

130

220

140

250

160

120

Задача 9. Рассчитать болты, крепящие кронштейн металлической колонки (рисунок 5.9). Соединение нагружено силой F. Размеры кронштейна указаны в таблица 5.9. Нагрузка статическая. Материал болтов - сталь Ст 3.

Таблица 5.9

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F, кН

8,0

8,5

7,0

6,0

8,0

7,5

5,5

7,5

8,0

7,0

a, мм

260

150

240

140

130

220

140

250

160

120

b, мм

250

300

350

400

200

450

500

600

550

400

Задача 10. Определить диаметр болтов фланцевого соединения верхней части автоклава с его корпусом (рисунок 5.10). Давление жидкости внутри автоклава по манометру P, внутренний диаметр верхней части автоклава D и количество болтов z заданы в таблице 5.10. Недостающие данные принять самостоятельно.

Таблица 5.10

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P, МПа

1,5

1,6

1,4

1,3

1,2

1,1

1,4

1,8

1,3

1,2

D, мм

240

200

260

280

350

250

250

200

250

280

z, шт

4

6

8

5.2 УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ

Приступая к расчету резьбовых соединений, студенты должны изучить материал, изложенный в конспекте  [1, с. 129… 135] и литературе [2, с. 21…61], [3, с. 21…78], [4, с. 63… 99].

5.2.1 Решения задач, как правило, ведут в следующем порядке.

1) Составляют расчетную схему соединения и определяют нагрузку, действующую на болт (винт, шпильку).

Внешние нагрузки, действующие на резьбовые соединения, в зависимости от условий нагружения могут быть осевыми, поперечными или комбинированными, по характеру действия - постоянными или циклическими.

При действии поперечной нагрузки применяют соединения двух видов:

- болт поставлен в отверстие с зазором;

- болт поставлен в отверстие без зазора.

а) в случае установки болтов с зазором, затяжкой должна создаваться сила трения на поверхности стыка, превышающая внешнюю сдвигающую нагрузку (см. формулы (4.26) [1, с. 134]) и формулу (1.20) [2, с. 37].

При этом сила, растягивающая болт (винт, шпильку), определяется следующим образом

    ,      (5.1)

где  FB  - сила, действующая на болт; F   - внешняя сдвигающая сила; K   - коэффициент запаса: K = 1,3… 1,5 при статической нагрузке, K = 1,8… 2,0 при переменной нагрузке; f   - коэффициент трения в стыке: f = 0,15... 0,20 - сталь по чугуну (по стали); f = 0,3... 0,35 - сталь (чугун) по бетону; f = 0,25 - сталь (чугун) по дереву; z   - количество болтов; i -  число стыков в соединении.

б) при установке болтов без зазора (по переходной или посадке с натягом) силы трения в стыке не учитывают, т.к. затяжка болтов не обязательна. В этом случае стержень болта рассчитывают из условия прочности на срез и смятие, см. формулы (4.27), (4.28) [1, с. 134, 135]; (1.21), (1.22) [2, с. 38]; (6.33), (6.34), (6.35) [4, с. 86].

Приступая к расчету соединений, изображенных на рисунках 5.1, 5.2, 5.5, 5.6, необходимо уяснить, что в этих соединениях действует поперечная сила, стремящаяся сдвинуть соединяемые детали.

Сдвигающую силу определяют из условия равновесия деталей относительно оси вращения:

,    (5.2)

здесь Fi – сдвигающая сила, действующая на диаметре расположения болтов (винтов, шпилек) Di и окружные силы, действующие на соответствующих диаметрах; обычно это - силы сопротивления от приводимых в движение деталей.

Эту поперечную силу уравновешивает сила трения в стыке соединяемых деталей, которая обеспечивается при затяжке резьбового соединения. При этом болт (винт, шпилька) подвержен растяжению.

В соединении изображенном на рисунке 5.11 для надежной передачи пиле вращения необходимо, чтобы момент сил трения был больше момента резания на 20… 25%, т.е.

TТР  1,25·T РЕЗ    или  FТР ·( D1 / 2 )  1,25 F·( D / 2 ),

где FТР  - сила трения, возникающая между полотном пилы и шайбами при затяжке гайки  FТР = f · N;

f – коэффициент трения  между  пилой  и  шайбами,  принимаем f = 0,12;

Nсила давления в стыке, создаваемая усилием затяжки

FB = N.

В соединении (рисунок 5.12,а) сила, действующая на винт  FB  определяется из условия равновесия балки (рисунок 5.12,б)

F · (a + b) = FB · b.

В случае, когда усилие приложено асимметрично, действующую нагрузку раскладывают на составляющие и приводят их к центру тяжести стыка. Если число болтов в задаче не указано, то их количеством задаются.

Рассмотрим соединения в задачах 3, 4, 8, 9 (рисунки 5.13 и 5.14). В этих случаях нагрузка, приложенная асимметрично, раскрывает стык (и вызывает сдвиг деталей). Решение подобных задач является комбинированным. Действующую нагрузку раскладывают на составляющие – осевую и поперечную, а затем приводят их к центру тяжести стыка, см. пример 5.3.2 данных методических указаний и пример 1.4 [2, с. 60] или [4, с. 94]. Также можно воспользоваться рекомендациями, изложенными при решении задач первой группы.

В результате этого к соединению, в общем случае, приложены: осевая и поперечная силы, равномерно воспринимаемые всеми резьбовыми деталями, и опрокидывающий момент, стремящийся раскрыть стык. Из уравнения равновесия – уравнения моментов относительно центра тяжести стыка – определяются силы, дополнительно

действующие на болты (винты, шпильки) в осевом направлении.

По величине наибольшей осевой (отрывающей) силы из условия прочности стержня болта (винта, шпильки) на растяжение вычисляется внутренний диаметр резьбы.

В соединении (рисунок 5.15) болты поставлены с предварительной затяжкой, обеспечивающей герметичность соединения.

Внешняя сила, действующая на болтовое соединение FB , представляет собой силу внутреннего давления сжатого воздуха внутри емкости диаметром  D

FB = P · ( ·D 2 / 4)

2) Выбирают материал болта (винта, шпильки), а при необходимости и материал соединяемых деталей. Крепежные детали общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа Сталь 10… Сталь 35 (таблица А1).

3) Находят допускаемые напряжения растяжения, смятия или среза в зависимости от условий работы резьбовых деталей.

Допускаемое напряжение растяжения [p] для болтового соединения находится из условия отсутствия пластических деформаций. Оно зависит от предела текучести материала винта T  и равно

[ Р]= T / [sT].     (5.3)

Здесь  [sT]  - коэффициент запаса прочности. Численное значение коэффициента запаса [sT] рекомендуется выбирать в зависимости от технологии сборки. Если такая сборка выполняется динамометрическим ключом, который позволяет строго контролировать усилие затяжки, то [sT] = 1,3… 1,5 . Затяжка при таком варианте сборки называется контролируемой. Однако в большинстве случаев ключи для затяжки не имеют средств контроля момента завинчивания, и в результате сила затяжки оказывается неопределенной. Сборка, выполняемая таким ключом, считается неконтролируемой, и в этом случае целесообразно увеличить значение коэффициента запаса и принимать его равным [sT] = 1,5… 4,0; причем наибольшие значения из указанного интервала следует выбирать для винтов малых диаметров (d ≤ 10 мм), у которых возможность перетяжки является более вероятной.

Допускаемое напряжение среза можно определить по зависимости

[ СР] = (0,2… 0,3) T ,      (5.4)

а допускаемое напряжение смятия

[ СМ] = (0,35… 0,45) T .     (5.5)

4) Рассчитывают внутренний диаметр резьбы d1 , (cм. формулы (4.21), (4.24) [1, с. 133, 134], (1.16), (1.19), (1.21) [2, с. 35… 38], (6.20), (6.21), (6.32) [4, с. 82… 86]). Из ГОСТ (таблица Б1) подбирают болт  (винт, шпильку) с ближайшим  большим внутренним диаметром резьбы.

5) Проводят проверочные расчеты.

6) При необходимости можно проверить соединение на отсутствие сдвига по основанию, сравнив сдвигающую составляющую с силой трения, вызванной затяжкой болта (винта, шпильки).

Если материал основания недостаточно прочный по сравнению с материалом болтов, например: чугунный кронштейн крепится к бетонной стене (основанию), то стену проверяют по максимальным напряжениям смятия

   ,     (5.6)

где ΣFi – суммарная нагрузка на болт, сжимающая (сминающая) основание; АСТ – площадь основания, [ СМ] - допускаемое напряжение смятия для менее прочной детали резьбовой пары определяется согласно (5.5).

Допускаемое напряжение смятия в стыке для кирпичной кладки на известковом растворе - 0,7...1,0 Н/мм2; для кирпичной кладки на цементном растворе - 1,5...2,0 Н/мм2; для бетона - 2...3 Н/мм2; для дерева - 2...4 Н/мм2.

5.3 ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ

Пример 5.3.1 Стальные полосы, растянутые силой F = 2,8 кН, крепятся с помощью двух болтов, выполненных из стали Cталь 20 (рисунок 5.16). Определить диаметр болтов. Нагрузка постоянная.

Решение. 1  Для болтового соединения с неконтролируемой затяжкой принимаем [sТ] = 3,5 (см. п. 3).

По таблице А1 для Сталь 20 предел текучести материала Т = 245 МПа.

Допускаемое напряжение растяжения по (5.3)

[Р] = T / [sT] = 245 / 3,5 = 70 МПа

2  Необходимая сила затяжки болта согласно (5.1) Принимаем: коэффициент запаса по сдвигу, листов К = 1,6 и коэффициент трения f = 0,16

FB = F·K / (f ·i·z) = 2,8 ·1,6 / (0,16 ·2·2) = 7 кН,

 

где  i = 2 (см рисунок 5.16).

3  С учетом скручивания винта из-за трения в резьбе [1, с. 133] расчетная сила затяжки болта

FРАСЧ = 1,3 · FB  = 1,3 · 7 = 9,1 кН

4 Расчетный (внутренний) диаметр резьбы

= 13,15 мм.

По таблица Б1  принимаем резьбу M 16 с шагом р = 2 мм, для которой dp = d - 0,94 p = (16 - 0,94·2) = 14,12 мм.

Пример 5.3.2 Приближенно рассчитать (рисунок 5.17): а) болты, крепящие к стене кронштейн, на котором установлен электромотор; б) удельное давление на стену. Данные: F = 12 кН, l = 1000 мм, а = 600 мм, b = 300 мм

Решение. 1  Нагрузка к соединению приложена асимметрично, поэтому выполним приведение усилия к оси симметрии соединения. Для этого силу F переносим  параллельно самой себе в плоскость стыка. Прикладывая в плоскости стыка стены с кронштейном две равные и прямо противоположные силы F, получаем пару сил M = F·l, опрокидывающую кронштейн, и силу F, стремящуюся сдвинуть его вниз.

Предполагаем, что кронштейн опрокидывается (поворачивается) вокруг оси, проходящей через центр нижнего болта.

Момент M = F·l должен быть уравновешен моментами от силы затяжки болтов.

Предполагая, что верхние три болта затянуты каждый с усилием X1, а средние - с усилием Х2, получаем уравнение моментов относительно оси поворота кронштейна

.

Принимая далее приближенно, что деформации болтов пропорциональны расстояниям а и b

,   находим   

и подставляем это значение в уравнение моментов

.

Отсюда усилие затяжки верхнего болта

5710 Н.

Так как, кроме момента, действует еще усилие F = 1200 Н, нагружающее поперечно все болты, последние нужно затянуть дополнительно, чтобы получить силу трения, достаточную для удержания кронштейна на месте. Пусть V1 - дополнительная сила затяжки на каждый из шести болтов, а f = 0,3 - коэффициент трения между плитой кронштейна и стеной полагая при этом, что кронштейн чугунный (см. п. 5.2.1).

Из условия неподвижности плиты

получим

= 6660 Н.

Таким образом, необходимая полная затяжка болта составит

 = 5710 + 6660 = 12370 Н.

Так как при расчете не учитывалось влияние собственного веса кронштейна и вибрации, имеющей место при работе электромотора, расчетное усилие для болта верхнего ряда необходимо увеличить (обычно достаточно в 1,5 раза)

FРАСЧ = 1,5 FВ = 1,5·12370 = 18550 Н.

Хотя болты среднего и нижнего рядов несут меньшую нагрузку, чем верхнего ряда, все болты делаем одинаковыми.

2  Принимаем, что материал кронштейна - сталь Ст 5. Крепление кронштейна осуществляется к кирпичной стене, выполненной на цементном растворе.

3  Для болтового соединения с неконтролируемой затяжкой принимаем [sТ] = 2,5 (см. п. 3).

По таблице А1  для стали Ст 5 предел текучести материала Т = 280 МПа.

Допускаемое напряжение растяжения по (5.3)

[Р] = T / [sT] = 280 / 2,5 = 112 МПа

4  Расчетный внутренний диаметр резьбы болта

= 14,252 мм.

Принимаем болт с метрической резьбой. По таблице Б1 внутренний диаметр резьбы d1 = 15,294 (d = 18 мм, Р = 2,5 мм). Обозначение резьбы М182,5 ГОСТ 9150- 81.

5  Общая затяжка шести болтов прижимает плиту кронштейна к стене с усилием

Q = 6 FРАСЧ = 6·18550 =111,3 кН.

6  Площадь плиты кронштейна составляет примерно (размеры кронштейна см. на рисунке 5.17)

= 112000 мм2.

7  Если основание (опорная поверхность) выполнено из материала (бетон, кирпичная кладка, дерево) менее прочного, чем кронштейн, производят проверку прочности основания по напряжениям смятия согласно (5.6)

 » 1 МПа.

Полученное напряжение смятия равное СМ = 1 МПа  допустимо, если выполнить стену кирпичной на цементном растворе для которой [ СМ] = 1,5...2,0 МПа (см. п. 6).

 

6  ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ЗАДАЧ.

ШПОНОЧНЫЕ, ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

6.1 ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

Задача 1. Зубчатое колесо, рассчитанное для передачи окружного усилия Ft , соединено с валом диаметром d при помощи призматической шпонки (рисунок 6.1). Определить необходимую длину шпонки, если диаметр делительной окружности D 1 , материал шестерни и вала - Сталь 40Х, материал шпонки - сталь Ст 6 (таблица 6.1).

Таблица 6.1

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ft, кН

4

6

8

10

4,5

5,5

6,0

8,0

10,0

12,0

d, мм

30

40

30

40

50

60

40

50

50

60

D1,мм

150

160

175

190

200

220

210

250

280

300

Задача 2. Цилиндрическая шестерня закреплена на валу при помощи цилиндрического штифта (рисунок 6.2). Проверить штифт на срез, если момент, передаваемый шестерней Т (таблица 6.2). Материал штифта - сталь Ст 6.

Таблица 6.2

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Н·м

60

65

80

90

100

85

80

70

75

95

d, мм

18

22

24

26

28

30

32

34

36

38

Задача 3. Подобрать по ГОСТу неподвижное шлицевое соединение шестерни с валом (рисунок 6.3) и проверить ее на прочность. Диаметр вала d и момент Т, передаваемый валом, приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Н·м

200

220

250

230

260

240

320

300

360

400

d, мм

32

36

34

38

40

45

56

48

52

60

Задача 4. Подобрать и проверить сегментные шпонки, с помощью которых передается окружное усилие Ft на шкиве диаметром D, если наружный диаметр вала d (рисунок 6.4, таблица 6.4).

Таблица 6.4

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

d, мм

32

38

30

25

20

28

30

30

25

38

Ft, кН

1,0

1,25

1,5

1,75

2,0

2,25

2,5

2,75

3,0

3,2

D, мм

450

400

300

200

100

150

200

250

150

200

Задача 5. Втулочная муфта, соединяющая два вала диаметрами d , передает крутящий момент T (таблица 6.5) с помощью призматических шпонок (рисунок 6.5). Из условия равнопрочности вала и шпонки определить размеры последней. Вал изготавливается из стали Ст 5.

Таблица 6.5

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Н·м

200

300

350

400

480

520

600

700

800

900

d, мм

30

36

38

42

45

50

52

58

50

60

Задача 6. Блок шестерен коробки передач посажен на шлицевой вал с номинальными размерами  (рисунок 6.6). Материал рабочих поверхностей - Сталь 45, передаваемый крутящий момент Т (таблица 6.6). Выполнить проверочный расчет для шлицевого соединения.

Таблица 6.6

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Нּм

480

520

560

600

640

680

720

760

800

840

zdD

6 28 34

8 32 38

8 36 42

8 42 48

8 46 54

8 56 65

8 62 72

10 72 82

10 82 92

10 92 102

Задача 7. Подобрать по ГОСТ сегментные шпонки (рисунок 6.7) для гильзовой муфты и проверить ее на прочность. Диаметр вала d и момент, передаваемый валом Т, приведены в таблице 6.7. Материал шпонки - Сталь 45, ступицы колеса – чугун СЧ 18.

Таблица 6.7

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т, Нּм

40

60

80

100

45

55

60

80

100

120

d, мм

16

18

20

22

25

28

30

32

36

38

Задача 8. Зубчатое колесо закреплено на валу d  при помощи цилиндрической шпонки (штифта) диаметром dШ  и длиной lШ (рисунок 6.8). При перегрузке передачи шпонка оказалась срезанной. Определить окружное усилие на колесе диаметром D1 , при котором произошел срез.

Таблица 6.8

Варианты

1

2