Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Элементы конструирования

деталей машин

Методические указания

по курсу «Детали машин и основы конструирования»

Омск 2005

Печатаются по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов при изучении курса «Детали машин».

Первый раздел содержит за­дания по силовым и прочностным расчетам стержневых систем, выполнение которых поможет студенту приобрести навыки по конструиро­ванию машин на основе изученных ранее дисциплин «Теоретическая ме­ханика» и «Сопротивление материалов».

Остальные разделы соответст­вуют основным частям курса «Детали машин»: «Соединения», «Узлы и меха­низмы ДМ», «Передачи».

В отдельных заданиях некоторые размеры и параметры приводятся в об­щем виде и должны быть определены на основе проектировочного рас­чета либо выбраны конструктивно с обоснованием выбора и подвергнуты проверочному расчету. Это позволяет студентам приобрести навыки ана­лиза результатов простейших конструкторских расчетов при подборе па­раметров проектируемых узлов. Данные для расчетов, такие как ме­ханические характеристики материалов, коэффициенты трения, выбираются студентами самостоятельно.

В работе приведены указания и рекомендации по последовательности конструирования деталей, анализу полученных решений и их оптимизации.

Задание 1 силовые и прочностные расчёты стержневых систем

1.1. Принятые обозначения

F – усилие, кН;

М – изгибающий момент, ;

Т – крутящий момент, ;

q – интенсивность погонной нагрузки, кН/м;

А – площадь поперечного сечения стержня, мм²;

осевые моменты инерции сечения стержня, ;

– осевые моменты сопротивления сечения стержня, мм³;

– полярные моменты инерции и сопротивления сечения, мм⁴ и мм³;

– центральные оси координат поперечного сечения стержня (рис. 1.4);

– линейные размеры отдельных участков стержня, мм;

– плечо приложения окружного усилия , мм.

1.2. Шифр задания

Студент получает от руководителя шифр задания, построенный по следующей схеме:

ИЗ 1 . 15 .А А . Б Б . В В . Г Г,

где: И3 1 индивидуальное задание 1;

15 шифр кафедры «Детали машин»;

А А номер варианта схемы нагружения стержня (рис. 1.1 1.3);

Б Б номер варианта исходных данных для нагрузок стержня (табл. 1.1);

В В номер варианта формы поперечного сечения стержня (рис. 1.4);

Г Г номер варианта исходных данных для размеров (табл. 1.1).

1.3. Содержание задания

1. По исходным данным задания построить схему нагружения стержня с конкретными нагрузками и размерами.

2. В случае пространственного расположения внешних нагрузок привести её к двум плоским схемам с нагрузками в вертикальной (V) и горизонтальной (H) плоскостях (для показанной ниже системы координат плоскость V соответствует плоскости YOZ, а плоскость H - плоскости XOZ);

Z

X

3. Составить расчетную схему стержня, для чего:

а) записать в буквенной форме сумму моментов всех сил относительно опор А и В, приравняв каждую из них нулю, найти расчётом в буквенном и числовом выражении значения реакций в опорах А и В;

б) построить эпюры внутренних силовых факторов (ВСФ) в соответствии с внешними нагрузками (изгибающего и крутящего моментов, продольных и поперечных сил);

в) провести анализ построенных эпюр и определить наиболее нагруженные (опасные) сечения стержня;

г) записать уравнения прочности для этих сечений.

4. Рассчитать (проверить) на прочность опасные сечения стержня:

а) составить алгоритм расчета (записать формулы) всех видов напряжений для рассчитываемых сечений стержня;

б) определить численные значения геометрических характери­стик сечения заданной формы;

в) определить расчётом все составляющие напряжений, действующих в опасных сече­ниях стержня;

г) учесть совместное действие всех напряжений, определив расчётом суммарные и эквивалентные значения напряжений;

д) подобрать марку стали и её термообработку для стержня из ус­ловия обеспечения прочности.

5. В случае невозможности подбора марки стали из-за высо­ких напряжений уточнить размер сечения, оказывающий наи­большее влияние на его прочность и жесткость. При наибольших напряжениях изгиба таким размером является высота сечения и толщина металла в наиболее удаленных точках сечения относи­тельно оси изгиба. Размер уточняется решением соответствую­щего уравнения прочности, которое может быть приближенно решено графическим методом – построением графика с коорди­натами осей: напряжения – варьируемый размер (например, вы­сота профиля швеллера или толщина его полок).

6. Используя принцип независимости действия сил, определить деформации стержня в опасных сечениях (либо в сечениях по указанию руководителя). При необходимости провести анализ влияния конкретных нагрузок на деформации с целью упроще­ния схемы нагружения. По указанию руководителя выбрать до­пустимые значения деформации из условия работоспособности узла в рассматриваемом сечении (например, подшипника) и срав­нить с полученными значениями.

7. Сделать письменные выводы по расчетам.