Указания к выполнению контрольных заданий

Контрольные задания состоят из 10 групп задач. Все задачи каждой группы даны в 10 вариантах. Студент выбирает группу задач в соответствии с последней цифрой шифра зачетной книжки. Номер варианта для решения задач должен соответствовать предпоследней цифре шифра. Если последняя цифра шифра нуль, то выбирается 10-я группа задач. Если предпоследняя цифра шифра нуль, то он выполняет задачи варианта 10 своей группы задач.

При выполнении задач необходимо полностью переписать условие, составить эскиз того соединения деталей или передачи, которые рассчитываются, указать все действующие усилия и моменты и выписать все заданные величины. В случае необходимости добавьте расчетные сечения.

Эскизы выполняют от руки в соответствующем масштабе с соблюдением ГОСТов на чертежи. Желательно использование компьютерной техники, программ для расчетов и выполнения чертежей.

При решении задач сначала намечается ход решения, выбираются материалы и допускаемые напряжения, а также те величины, которые нужно выбрать самостоятельно в соответствии с рекомендациями по литературным данным, либо произвольно, а затем приводится само решение в цифровой форме с обязательным указанием размерностей используемых и вычисляемых величин. Решение следует сопровождать кратким текстом, поясняющим ход решения.

Расчеты деталей машин рекомендуется производить в системе единиц СИ – сек, м, м², м³, Н, кН, МН, Нм, Па, кПа, МПа.

Вычисления производятся с точностью до второго знака после запятой.

В четвертой задаче требуется рассчитать вал и выполнить его эскизный проект.

Предварительный расчет касается определения минимально допустимого сечения вала, исходя из условия передачи крутящего момента. При этом не учитывается главная нагрузка на вал от действия изгибающих сил со стороны зубчатого зацепления. В связи с этим обстоятельством значительно снижается допускаемое напряжение кручения. В предварительном расчете обычно используется

Расчетная формула для определения диаметра вала в тонком сечении в зависимости от крутящего момента М имеет вид :

Вычисленное значение d_min (мм) округляют до ближайшего большего значения в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
dmin	11	14	16	18	22	24	28	32	36	38

В данной работе остальные диаметры вала получаются конструктивно при эскизном прочерчивании. Пример типовой конструкции вала показан в приложении 1. В приложении 2 показан пример сборочного чертежа червячного колеса с валом.

1-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение, крепящее неподвижный блок монтажного устройства к плите (рис. 1) по данным таблицы 2.

Рис. 1

Таблица 2

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	320	330	340	350	360	370	380	390	400	410
α, рад	/4	/5	/6	/4	/5	/6	/4	/5	/6	/4
h, мм	320	340	360	380	400	420	440	460	480	500

2. Рассчитать шпильки, которыми крышка прикреплена к паровому цилиндру (рис. 2). Давление пара в цилиндре часто меняющееся от 0 до максимального значения р. Максимальное рабочее давление пара р, внутренний диаметр цилиндра D и наружный диаметр крышки и фланца цилиндра D₁ приведены в таблице 3.

Рис. 2

Таблица 3

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
p, кН	0,51	0,52	0,53	0,54	0,55	0,56	0,57	0,58	0,59	0,51
D, мм	310	320	330	340	350	360	370	380	390	400
D1,мм	410	420	430	440	450	460	470	480	490	500

3. Рассчитать клиноременную передачу электропривода (рис. 3). Данные для расчета приведены в таблице 4. Р₂ – полезная мощность на выходном валу редуктора с цилиндрическими колесами; n₂ – частота вращения выходного вала; n_дв – частота вращения вала электродвигателя. Определить общее передаточное отношение передаточного механизма, распределить его по ступеням, сделать расчет клиноременной передачи, приняв межосевое расстояние между шкивами d и D равным . Принять коэффициент относительного скольжения в ременной передаче  = 0,03. Определить потребную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5. Определить моменты на валах механизма.

Рис. 3

Таблица 4

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р2, Вт	0,16	0,3	0,45	0,6	0,9	1,32	1,8	2,4	3	4,2
n, об/мин	274	243	208	129	107	376	168	147	131	118
nдв, об/мин	1370	1470		960		820	1470

4. По данным задачи 3 рассчитать цилиндрическую прямозубую передачу. Выполнить эскиз выходного вала цилиндрического редуктора в сборе с зубчатым колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

2-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение, крепящее опорный швеллер к стальной плите (рис. 4). Материал электрода и метод сварки назначить самостоятельно. Данные для расчета приведены в таблице 5. Высота швеллера h=100 мм.

Рис. 4

Таблица 5

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
l, мм	650	700	750	800	850	900	950	1000	1050	1100
, рад	/6	/4	/3	/6	/4	/3	/6	/4	/3	/6

2. Рассчитать болты, которыми стойка прикрепляется к плите (рис. 5) по данным таблицы 6.

Таблица 6

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	10	12	13	14	15	16	17	18	19	20
a, мм	300	320	340	360	380	400	420	440	460	480
b, мм	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110

Рис. 5

3. Рассчитать цепную передачу электропривода (рис. 6) по данным таблицы 7. Р₃ – мощность полезной нагрузки; n₃ – частота вращения третьего вала; n_дв – частота вращения вала электродвигателя. Определить общее передаточное отношение привода, распределить его по ступеням передачи, определить моменты на валах и потребную мощность электродвигателя. Принять коэффициент запаса мощности К=1,5.

Рис. 6

Таблица 7

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р3, кВт	0,1	0,15	0,2	0,28	0,4	0,57	0,85	1,25	1,7	2,3
n3, об/мин	162	122	97	292	243	137	128	107	122	97
nдв, об/мин	1460					960			1460

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала приводного механизма в сборе со звездочкой z₄. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

3-я группа задач

1. Рассчитать сварные швы, соединяющие зубчатый венец колеса с его диском и диск со ступицей (рис. 7). Передаваемая зубчатым колесом мощность Р, угловая скорость его ω и диаметры D и d приведены в таблице 8. Материал обода и ступицы – сталь 40, материал диска – сталь 15.

Рис. 7

Таблица 8

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р, кВт	15	18	20	22	25	28	30	32	35	38
ω, 1/c	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
D, мм	200	220	240	260	280	300	320	340	360	380
d, мм	60	65	70	75	80	85	90	95	100	105

2. Рассчитать болты дисковой муфты (рис. 8). Передаваемая муфтой мощность Р, угловая скорость муфты ω, диаметр окружности центров болтов D и число болтов z приведены в таблице 9. Материал половин муфты – чугун.

Рис. 8

Таблица 9

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р, кВт	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70
ω, 1/c	10	11	12	13	14	10	11	12	13	14
D, мм	200	210	220	230	240	250	260	270	280	290
z	6	6	6	6	6	8	8	8	8	8

3. Рассчитать червячную передачу приводного механизма (рис. 9) по данным таблицы 10. М₂ – момент на выходном валу привода; n₂ – частота вращения выходного вала. Определить мощность двигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5; моменты на валах механизма, общее передаточное число и распределить его по ступеням передачи. Недостающими данными задаться самостоятельно. Принять частоту вращения вала электродвигателя n_дв = 1460 об/мин.

Рис. 9

Таблица 10

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
М2, Нм	64	75	85	89	105	427	507	587	320	390
n2, об/мин	18	23	29	36	46	15	19	24	30	36

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала червячного редуктора в сборе с червячным колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

4-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение двух уголков с косынкой (рис. 10). На оба уголка действует растягивающая сила 2F, приведенная в таблице 11.

Рис. 10

Таблица 11

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2F, кН	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75

2. Определить диаметр шпильки станочного прихвата (рис. 11) по данным таблицы 12. Недостающими данными задаться.

Рис. 11

Таблица 12

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	5,5	5,6	5,7	5,8	5,9	6,0	6,1	6,2	6,3	6,5
а, мм	120	120	140	150	160	120	130	140	150	160
b, мм	110	115	120	125	130	110	115	120	125	130

3. Рассчитать коническую передачу электропривода (рис. 12). Данные для расчета приведены в таблице 13. М₂ – момент нагрузки на выходном валу цепной передачи; n₂ – частота вращения выходного вала; n_дв – частота вращения вала электродвигателя. Определить общее передаточное отношение передаточного механизма, распределить его по ступеням, Определить потребную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5. Определить моменты на валах механизма. Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1460 об/мин.

Таблица 13

Вели-чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
М2, Нм	10	16	23	30	25	66	100	157	137	213
n2, об/мин	117	108	104	104	195	97	93	90	140	120

Рис. 12

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз первого вала конического редуктора в сборе с коническим колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

5-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение, состоящее из серьги, блоков и швеллера (рис. 13), по данным таблицы 14 .

Рис. 13

Таблица 14

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
h, мм	200	200	250	250	250	300	300	350	400	400
l, мм	100	120	140	160	180	200	220	240	260	280
, рад	/4	/3	/6	/4	/3	/6	/4	/3	/6	/4

2. Рассчитать болты крепления кронштейна с подшипником (рис. 14) к стенке по данным таблицы 15. Недостающими данными задаться. Принять угол  = 45^о.

Рис. 14

Таблица 15

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	10	10	10	9	9	9	8	8	8	8
а, мм	320	340	360	380	400	420	440	460	480	500
b, мм	340	360	380	400	420	440	460	480	500	520

3. Рассчитать червячную передачу (рис. 15) по данным таблицы 16. М₃ – момент нагрузки на выходном валу приводного механизма; n₃ – частота вращения выходного вала. Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1460 об/мин. Определить моменты нагрузки на валах механизма, потребную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 15

Таблица 16

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
М3, Нм	48	75	100	160	320	712	836	490	586	640
n3, об/мин	24	23	24	20	15	9	11	19	24	30

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала червячного редуктора в сборе с червячным колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

6-я группа задач

1. Определить размер h листов кронштейна, прикрепленных к швеллерам вертикальной стойки (рис. 16), рассчитать сварные швы по данным таблицы 17.

Рис. 16

Таблица 17

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	14	16	18	20	22	24	26	28	30	32
L, м	1,9	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0

2. Рассчитать болты крепления крышки с цилиндрическим сосудом для сжатого воздуха (рис. 17). Давление воздуха в цилиндре р, наружный диаметр центрирующего выступа и внутренний диаметр прокладки D₁, наружный диаметр крышки фланца цилиндра и прокладки D приведены в таблице 18. Недостающими данными задаться.

Рис. 17

Таблица 18

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р, МПа	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
D1	340	350	360	370	380	390	400	410	420	430
D	470	480	490	500	510	520	530	540	550	560

3. Рассчитать глобоидную червячную передачу (рис. 18) по данным таблицы 19. М₂ – момент нагрузки на выходном валу приводного механизма; n₂ – частота вращения выходного вала; Определить общее передаточное число и распределить его по ступеням передачи, моменты нагрузки на валах механизма, потребную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5. Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1440 об/мин. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 18

Таблица 19

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
М2, Нм	38	65	110	200	278	315	588	986	1600	2137
n2, об/мин	46	36	28	24	23	30	24	19	16	15

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала червячного глобоидного редуктора в сборе с червячным колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

7-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение двух частей клеммового рычага (рис. 19) по данным таблицы 20.

Рис. 19

Таблица 20

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4
L, м	0,4	0,42	0,44	0,46	0,48	0,5	0,52	0,54	0,56	0,58

2. Рассчитать болты фланцевого соединения водопроводных труб (рис. 20). Давление воды внутри трубы р, диаметр труб D и диаметр окружности центров болтов D₁ приведены в таблице 21. Недостающими данными задаться.

Рис. 20

Таблица 21

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
р, МПа	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,5
D	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250
D1	260	270	280	290	300	310	320	330	340	350

3. Рассчитать планетарную передачу двухступенчатого приводного механизма (рис. 21) по данным таблицы 22. М_п – момент полезной нагрузки на выходном валу планетарной передачи; n_В – частота вращения выходного вала. Определить общее передаточное число и распределить его по ступеням, моменты нагрузки на валах механизма, мощность двигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5, произвести расчеты планетарной передачи. Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1440 об/мин. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 21

Таблица 22

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
МП, Нм	16	24	36	55	79	122	185	260	369	485
nВ, об/мин	106	97	90	87	81	78	76	74	70	66

4. По данным задачи 3 выполнить эскизный проект входного вала планетарного редуктора. Проверить вал на прочность в тонком сечении по напряжениям кручения, подобрать по ГОСТ подшипники качения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

8-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение листа с уголком (рис. 22) по данным таблицы 23.

Рис. 22

Таблица 23

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
h=a, мм	250	260	270	280	290	300	310	320	330	340
b, мм	120	130	140	150	160	170	180	190	200	210
, рад	/6	/9	/12	/6	/9	/12	/6	/9	/9	/6

2. Рассчитать болты, которыми полоса А прикреплена к швеллерной балке (рис. 23), по данным таблицы 24.

Рис. 23

Таблица 24

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25

3. Рассчитать планетарную передачу двухступенчатого электропривода (рис. 24) по данным таблицы 25. М_п – момент полезной нагрузки на выходном валу цепной передачи; n_В – частота вращения выходного вала. Определить общее передаточное число и распределить его по ступеням, моменты нагрузки на валах механизма, мощность двигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5, произвести расчеты планетарной передачи. Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1440 об/мин. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 24

Таблица 25

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
МП, Нм	16	25	36	55	79	122	185	260	369	485
nВ, об/мин	106	97	90	87	81	78	76	74	70	66

4. По данным задачи 3 выполнить эскизный проект входного вала планетарного редуктора. Проверить вал на прочность в тонком сечении по напряжениям кручения, подобрать по ГОСТ подшипники качения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

9-я группа задач

1. Рассчитать сварное соединение двух уголков с плитой (рис. 25). Угол  = /6 рад, действующая на уголки сила А приведена в таблице 26.

Рис. 25

Таблица 26

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95

2. Рассчитать болт клеммового соединения, посредством которого рычаг неподвижно закрепляется на валу (рис. 26). Диаметр вала D, сила Q, действующая на рычаг, радиус R рычага приведены в таблице 27. Материал вала – сталь, материал рычага – чугун.

Рис. 26

Таблица 27

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Q, Н	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750
D, мм	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
R, мм	400	410	420	430	440	450	460	470	480	490

3. Рассчитать прямозубую цилиндрическую передачу электромеханического винтового домкрата (рис. 27) по данным таблицы 28. Q – усилие сопротивления при перемещении груза со скоростью V. Рассчитать моменты нагрузки на валах электропривода, мощность электродвигателя. Выбрать передаточное число для зубчатой передачи z₁ – z₂, определить шаг винта, геометрические параметры винта и выбрать стандартную резьбу трапецеидального профиля. Минимальный внутренний диаметр резьбы ходового винта, необходимый для выбора параметров трапецеидальной резьбы, рассчитывается по формуле

где [_Р] = 20 МПа.

Длину части винта с резьбой принять равной 10×d_в.

Принять частоту вращения вала двигателя n_дв = 1440 об/мин. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 27

Таблица 28

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Q×103, Н	1,4	2,7	3,0	4,8	7,5	8,5	9,5	10	12	14
v, м/сек	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,1

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала цилиндрического редуктора в сборе с зубчатым колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Недостающими данными задаться самостоятельно.

10-я группа задач

1.Рассчитать сварное соединение двутавровой балки с колонкой (рис. 28) по данным таблицы 29.

Рис. 28

Таблица 29

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
L, м	1,5	1,5	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,2	1,1	1,1

2. Рассчитать болты крепления зубчатого колеса к барабану лебедки (рис. 29). Вес F поднимаемого груза, диаметр D₁ барабана лебедки и диаметр D₂ окружности центров болтов приведены в таблице 30.

Рис. 29

Таблица 30

Вели- чина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40
D1, мм	250	250	300	300	350	350	400	400	450	450
D2, мм	400	400	450	450	500	500	550	550	600	600

3. Рассчитать червячную передачу электропривода ленточного конвейера (рис. 30) по данным таблицы 31. F – нагрузка на ленту конвейера, V – скорость движения ленты конвейера, D – диаметр приводного барабана конвейера. Определить передаточное число червячной передачи, моменты нагрузки на валах, мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса мощности К=1,5. Недостающими данными задаться самостоятельно.

Рис. 30

Таблица 31

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F103, Н	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	6
V, м/сек	0,42	0,44	0,46	0,48	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5
D, м	0,22	0,24	0,26	0,28	0,3	0,32	0,34	0,36	0,38	0,4
nдв, об/мин	730					960

4. По данным задачи 3 выполнить эскиз выходного вала червячного редуктора в сборе с червячным колесом z₂. Выбрать по ГОСТ подшипники качения. Проверить прочность вала в наиболее тонком сечении (d_min) по напряжениям кручения. Сделать расчет прочности шпоночного соединения. Длину выходного конца вала для установки приводного барабана D принять равным 2×d_min Недостающими данными задаться самостоятельно.

Приложение 1

Приложение 2