Задание 2 конструирование соединений (задачи 2.1 2.10)

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

ИЗ 2 . 15 .Д Д . Е Е . Ж Ж ,

где: И3 1 индивидуальное задание 2;

15 шифр кафедры «Детали машин»;

Д Д номер задачи;

Е Е номер варианта исходных данных для нагрузок;

Ж Ж номер варианта исходных данных для геометрических параметров.

Задача 2.1

В пластине (рис. 2.1) установлен стальной рымболт, к уху которого приложена сила F (табл. 2.1).

1. Указать последовательность деталей узла и их элементов, через которые нагрузка передается от болта на пластину;

2. Записать условия прочности для гайки, резьбы болта и гладкой части стержня;

3. Записать уравнения прочности и рассчитать на прочность выше­указанные элементы;

4. По результатам расчетов выбрать стандартные параметры резьбы и сделать эскиз резьбового соединения.

Задача 2.2

Котел круглого сечения (рис. 2.2) с диаметром емкости Д с избыточным давлением пара р закрыт крышкой с прочноплотным со­единением Z болтами (табл. 2.1.).

1. Рассчитать на прочность болтовое соединение с учетом его гер­метичности.

2. Сделать эскиз соединения по рис. 2.2 с размерами стыка.

3. Определить усилие F_p на рукоятке динамометрического ключа (рис. 2.3) и показания индикатора ключа при известных размерах ключа и его тарировочной характеристике (задать самостоятельно).

Задача 2.3

Составной стержень (рис. 2.4), нагруженный продольным усилием F

(табл. 2.1), выполнен по одной из схем (рис. 2.4, а в) с использованием болтов или заклёпок для соединения его элементов (рис. 2.5, а в).

1. Определить прочные размеры крепежных деталей.

2. Записать уравнения прочности для составных частей стержня. Найти минимальную ширину пластин при известной их толщине.

3. Сделать анализ вариантов выполнения узла и вариантов соеди­нения пластин с точки зрения:

1. простоты и стоимости изготовления;

2. простоты и технологичности сборки;

3. прочности соединения при одинаковых размерах пластин.

4. Вычертить рассчитанный узел в масштабе 1:1.

Задача 2.4

Гидроцилиндр (рис. 2.6), создающий усилие F (табл. 2.1), опирается двумя цапфами на пластины, каждая из которых крепится к листу основания толщиной С при помощи штифта диаметром d_o и двух винтов или комбинированным валиковым швом (рис. 2.6, б).

1. Пояснить целесообразность установки гидроцилиндра на цап­фах, а пластин при помощи штифта и винтов.

2. Перечислить детали узла и их элементы, через которые нагрузка F передается на основание.

3. Указать подлежащие расчету на прочность сечения и поверхно­сти элементов, записать соответствующие условия прочности.

4. Записать уравнения прочности деталей и их соединений. Произ­вести расчеты наиболее ответственных деталей: цапф, пластин, оси, винтов или сварного шва, выбрав последовательность их расчета в со­ответствии с направлением силового потока через детали.

5. При невозможности выполнения узла по рис. 2.6,а рассчитать узел, заменив штифт и винты, поставленные в отверстия с зазором, на болты, поставленные в отверстия без зазора соответственно ГОСТ 7817-70.

6. Дать рекомендации по соотношению размеров: диаметров цапф, винтов и штифтов, толщины, ширины и высоты пластин, катета шва.

7. Вычертить спроектированный узел в масштабе 1:1.

Задача 2.5

Плоский кронштейн (рис. 2.7, а), нагруженный усилием F (табл. 2.1.), может быть прикреплен к швеллеру при помощи болтового, заклепоч­ного или сварного соединения валиковым швом (рис. 2.7,б,в,г).

1. Дать рекомендации по выбору одного из способов крепления для конкретной конструкции с точки зрения:

1. Простоты изготовления и сборки;

2. Величины и характера воспринимаемой нагрузки, в том числе пе­ременной или постоянной.

2. Записать условия прочности для элементов соединения по рис.2.7, б,в или г.

3. Согласно правилам теоретической механики, привести общую нагрузку к нагрузкам на рассчитываемый крепежный элемент. Графи­чески или иным методом определить наиболее нагруженный элемент (или участок шва).

4. Записать алгоритм расчета выделенного крепежного элемента на прочность и произвести расчеты других деталей соединения.

5. Вычертить спроектированный узел в масштабе 1:1.

Задача 2.6

Траверса для подъема и перемещения длинномерных изделий (рис. 2.8) выполнена из двух отрезков швеллеров, скрепленных по концам через пла­стины с проушинами. Соединение швеллеров может быть выполнено в трех исполнениях:

а) болтами, поставленными в отверстия с зазором (рис. 2.9, а);

б) болтами, поставленными в отверстия без зазора (рис. 2.9, б);

в) сварными швами по верхней и нижней полкам швеллеров (рис. 2.9, в)

Исходные данные к задаче представлены в табл.2.2.

1. Составить расчетные схемы нагружения швеллеров и деталей конструк -ции с одним из типов соединений (рис. 2.9). Численные значе­ния размеров а, в, с выбрать конструктивно в зависимости от размера швеллера.

2. С целью определения приближенных размеров деталей t, d, d₀, k проекти­ровочным расчетом упростить схемы нагружения, оставив главные силовые факторы в схеме, определяющие размеры деталей.

3. Произвести уточненный проверочный расчет деталей и соединений по достоверной схеме нагружения, увеличив размеры силовых элементов на 10-30% с учетом упрощений в предварительном расчете. При необходимости скорректировать для деталей механические характеристики стали.

4. Проанализировать нагруженность деталей и соединений при установке пластин по варианту II (рис. 2.8). Выбрать и обосновать наиболее рацио­нальный вариант, вычертить его в масштабе.

Задача 2.7

Рабочий орган краскомешалки (рис. 2.10) выполнен в виде вала с насаженными на него составными фланцевыми втулками (z – число втулок). К фланцу каждой из втулок крепятся три лопатки длиной l. Крепление лопаток может быть выполнено по одному из трех вариантов (рис. 2.10, а, б, в).

1. Составить расчетные схемы нагружения узлов, записать условия и уравнения прочности:

1. лопатки;

2. соединения лопатки с фланцем двумя винтами (рис. 2.10, а);

3. двумя заклепками (рис. 2.10, б);

4. двумя продольными швами (рис. 2.10, в).

2. Произвести расчет на прочность:

а) лопатки (без учета скручивающего момента);

б) одного из вариантов соединения лопатки;

в) кольцевого сварного шва крепления фланца к втулке;

г) штифтового соединения втулки с валом;

д) вала.

Расчеты рекомендуется проводить по схеме, указанной в подразделах 2 и 3 предыдущей задачи. Размеры а, с, t, D принимаются конструк­тивно в процессе решения задачи.

Задачи 2.8-2.10 предназначены для контроля знаний студентов на экзамене и представлены без числовых значений размеров и параметров.

Задача 2.8

Венец звездочки цепной передачи (рис. 2.11, а, б, в) может быть прикре­плен к ступице:

1. болтами, поставленными в отверстия с зазором;

2. болтами, поставленными в отверстия без зазора;

3. винтами, ввинчиваемыми в шайбу, соединённую с втулкой шлицевым

соединением.

1. Записать условия прочности элементов соединений для всех вариантов.

2. Составить уравнения прочности элементов, получить из них выражения для определения параметров резьбы и стержня болтов, считая механические характеристики материала деталей и крутящий момент Т на звёздочке известными.

3. Произвести сравнение нагрузочной способности вариантов соединений при одинаковых размерах и материалах соединения.

4. Составить уравнения прочности для соединения звёздочки со ступицей двумя кольцевыми валиковыми швами.

5. Записать выражение для крутящего момента Т при известных размерах соединения и проанализировать, какой из вариантов соединения обладает наибольшей нагрузочной способностью.

Задача 2.9

Для закрепления проушины на винте винтового механизма (рис. 2.12) использован штифт.

1. Записать условия прочности основных элементов соединения (винта, штифта, проушины).

2. Составить уравнения прочности и получить из них выражения для мини­мальных размеров всех элементов при известном усилии F и раз­мерах D, В.

3. Рассмотреть вариант соединения проушины с винтом кольцевым валико­вым швом.

4. Произвести сравнение прочности штифтового и сварного соединений, приняв катет шва К равным диаметру штифта, а толщину втулки (B-D) – равным двум катетам.

Задача 2.10

Шестерня прямозубой цилиндрической передачи (рис.2.13) может быть установлена на конец вала по двум вариантам: а или б.

Крутящий момент Т передается с вала на шестерню при помощи сил тре­ния, возникающих при затяжке винта с диаметром d усилием F₀.

1. Записать выражение для усилия затяжки, необходимого для передачи крутящего момента Т по обоим вариантам. Записать выражение для расчета винтов на прочность.

2. Произвести сравнение нагрузочной способности вариантов при рав­ных условиях.

3. Как изменится нагрузочная способность соединения, если шестерня косозубая? Можно ли повысить нагрузочную способность такого соединения за счёт изменения направления линии зуба?

Указания и рекомендации

1. При решении задач для составления условий и уравнений прочности элементов рекомендуется пользоваться табл. 2.3.

2. Решение задачи необходимо начинать с составления плана решения, установив последовательность определения размеров на основе проектировочных расчетов. Начинать следует с расчета элементов, для которых уже известны некоторые размеры либо размеры определя­ются из уравнения с одним неизвестным. Например, диаметр штифтов цилиндра в задаче 2.4 или диаметр проушины в пластине в задаче 2.5 находятся из условия отсутствия среза осей, затем находятся толщины пластин из условия отсутствия смятия проушин и т.д.

3. В ряде случаев следует также использовать схему решения, указанную в задаче 2.6, предварительно решая задачу по упрощенной схеме нагружения.

4. Диаметры резьбовых соединений в силовых конструкциях принимают

d  6 мм, катет валикового шва  3 мм.

Исходные данные к задачам 2.1 2.5 Таблица 2.1

Задача	Параметры		Вариант
			1	2	3	4	5	6	7	8
2.1 2.5	Усилие, кН	F	10	14	26	40	75	120	150	200
2.2	Диаметр емко­сти, м	Д	0.5	1	1.2	1	1.5	1.7	2.2	2
	Давление пара, кПа	p	100	200	500
2.3	Толщина пла­стин, мм	1	3	3	6	6	10	10	12	16
		2	3	6	6	12	10	20	24	20
	Вариант сборки стержня (рис. 2.5)		А)	б)	в)	а)	б)	в)	а)	б)
	Вариант крепежных деталей (рис. 2.6)		А)	б)	в)	а)	б)	в)	а)	б)
	Число крепеж­ных деталей	Z	2	4	2	4	4	6	4	8
2.4	Ширина пла­стин, мм	b	80	100	120	150	160	200	240	300
	Высота оси ци­линдра, мм	h	120	100	100	150	200	200	220	200
2.5	Угол отклонения нагрузки от вер­тикали, град		0		0					0
	Размер консоли, мм	L	200	300	400	250	500	400	350	300
	Форма шва
	Характер нагрузки		Постоянная			По знакоперемен­ному симметрич­ному циклу			По отнуле­вому циклу

Исходные данные к задачам 2.6 2.7. Таблица 2.2

Задача	Параметры		Вариант
			1	2	3	4	5	6	7	8
2.6	Вес груза	Q, kH	0.2	0.5	1	2	5	8	12	16
	Длина груза	L, м	2	3	4	3	4	5	7	10
	Высота профиля швеллера	Н, см	8	8	10	12	16	20	24	30
	Угол наклона подвески троса	, град	30	20	30	45	30	35	30	20
	Вариант крепления пла­стин		а)	а)	а)	б)	б)	в)	в)	в)
2.7	Интенсивность распределения нагрузки на ло­патку	q, kH/м	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.5	0.8	1
	Длина лопатки	l, м	0.25	0.3	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.
	Число втулок	Z	3	4	5	6	3	4	5	6
	Вариант крепления ло­патки		а)	а)	б)	б)	б)	в)	в)	в)

Основные расчетные случаи для моделей деталей в форме стержня (бруса)

Таблица 2.3

№	Вид деформации стержня	Условие прочности и максимальное напряжение в стержне	Уравнение прочности (зависимость для определения характеристик сечения)	Области использования модели в расчёте.
1	2	3	4	5
1	Растяжение (сжатие)	Р  [Р]  = F/A	A  F/[Р]	Резьбовые, сварные соединения, ремни и др.
2	Изгиб	И  [И] max = Mx/Wx	Wx  Mx/[И]	Нестандартные резьбовые соединения, сварные соединения, зубья передач, оси и полуоси, детали (пальцы муфт и др.)
3	Изгиб с растяжением (см. 1 и 2 строки таблицы)	  [И]  = И  Р max = Mx/Wx+F/A	Mx/Wx+F/A  [И]	Нецентрально нагруженные резьбовые соединения, сварные и др.
4	Кручение (срез при кручении)	кр  [] max = Т/WP	WP  T/[]	Сварные соединения, валы, пружины и др.
1	2	3	4	5
5	Сдвиг (срез при сдвиге)	  []  = F/A	A  F/[]	Заклепочные, штифтовые, резьбовые, шпоночные и др. соединения, цепи и т. д.
6	Изгиб с кручением	экв  [И] max = Mx/Wx max = Т/WP	для круглого и квадратного сечения WP=2Wx	Валы и др.
7	Смятие плоской поверхности	см  [см] см = F/A	A  F/[см]	Шпоночные соединения, бурты деталей, нагруженных в осевом направлении, кулачковые муфты и др.
8	Смятие цилиндрической поверхности	см  [см] см = F/Aусл	Aусл  F/[см]	Заклепочные, штифтовые, резьбовые и др. соединения, упругие зубчатые и др. муфты.
9	Износ плоской или цилиндрической поверхности (см. смятие поверхности строки 7, 8).	q  [q] q = F/A или q = F/Aусл [q] = 0.1*[см]	A  F/[q] Aусл  F/[q]	Все подвижные соединения, резьбовые, подшипники скольжения и др.

Библиографический список

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. 7-е изд. М.: Машиностроение, 1992. Т.1 3.

2. Иванов М.Н. Детали машин. М.: Высшая школа, 1998. 384 с.

3. Иосилевич Г.Б. Прикладная механика. М.: Высшая школа, 1989. 351 с.

31