РГР №1,2,3 Детали Машин / 3 РГР

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра детали машин

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ №1,2,3

ПО ДЕТАЛЯМ МАШИН

Руководитель:

Студент:

Группа:

Екатеринбург 2021

РГР №1 Вариант 3

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. Электродвигатель 2. Ременная передача 3 – 5. муфты 4. Редуктор 6. Ведущая звездочка

Рис.1- Схема механизма

1. Мощность на ведомом валу, кВТ	4,0
2. Частота вращения ведомого вала, об/мин	200
3. Тип цилиндрической зубчатой передачи	прямозубая
4. Режим работы	средний равновероятный
5. Реверсивность	реверсивный
6. Продолжительность включения, %	25
7. Срок службы в годах	5
8. Коэффициент использования привода: в течение года в течение суток	0,8 0,7

Расчетная часть.

Выбор электродвигателя. Расчёт основных параметров привода.

1. Расчёт требуемой мощности.

, [1]

- суммарный КПД привода,

,

где: - КПД зубчатой передачи, ;

- КПД ременной передачи, ;

- КПД одной пары подшипников качения, ;

1. Выбор электродвигателя.

S = 3,3 % 132S6

Номинальная частота вращения вала электродвигателя:

, [1]

где: – синхронная частота вращения,

S – скольжение.

2. Расчет общего передаточного числа привода, распределение его по передачам.

[1]

[1]

3. Частоты вращения валов.

4. Мощности, передаваемые валами.

[1]

5. Крутящие моменты на валах

[1]

2. Расчёт цепной передачи

Исходные данные:

Крутящий момент на ведущей звездочке

Частота вращения ведущей звездочки

Передаточное число цепной передачи

Характер нагрузки

Угол наклона передачи к гориз

Отношение межосевого расстояния к шагу

Режим работы

T₂ = 139.804 Н·м

N₂ = 300.0 мин^-1

u = 1.5

ударная

γ = 0˚

А_t = 40

односменный

1. Число зубьев ведущей звездочки

Округляем до ближайшего большего целого нечетного числа =27

2. Число зубьев ведомой звездочки

3. Фактическое передаточное число

4. Коэффициент эксплуатации

5. Выбор цепи

Расчетное значение шага цепи

мм

Где m_p = 1 – коэффициент рядности для однорядной цепи

[p]- допускаемое давление в шарнире цепи, на первом этапе расчета ориентировочно принимаем [p] = 20 Мпа

По [1] выбрана цепь ПР-25.4-60 с ближайшим большим к t_p шагом, имеющая следующие характеристики: шаг t = 25.4 мм, площадь опорной поверхности шарнира цепи А = 179 мм², масса одного погонного метра цепи q_m = 2.6 кг/м.

Допускаемое давление в шарнире цепи [p] определим методом линейной интерполяции [p] =28 Мпа

Для нового [p] уточним расчетный шаг цепи

Поскольку полученное значение t_p < t и t_p < t_min, где t_min = 25,4 – ближайший меньший по отношению к t шаг цепи, то берем t = t_min = 25,4

По [1] выбрана цепь ПР-25.4-60 с ближайшим большим к t_p шагом, имеющая следующие характеристики: шаг t = 25.4 мм, площадь опорной поверхности шарнира цепи А = 179 мм², масса одного погонного метра цепи q_m = 2.6 кг/м.

3. Геометрические параметры передач

1. Число звеньев цепи

Приняли после округления

2. Длина цепи

3. Межосевое расстояние

4. Диаметры делительных окружностей

мм

мм

4. Проверочный расчет передач

1. Скорость цепи

2. Окружное усилие в цепи

3. Усилие от провисания цепи

Н

4. Центробежное усилие

Н

5. Давление в шарнире цепи

6. Условие статической прочности цепи

Поскольку это условие выполняется, то цепь обладает необходимой статической прочностью

7. Сила, нагружающая валы передач

5. Выбор муфты

Вал 1

1. T₁=74.262 Н·м

K=2.5

T_м=74.262 ∙ 2.5=185.655 Н·м

Приводим к стандартному значения

T_м=250 Н·м

2. Рассчитываем диаметр опасного сечения

мм

[𝞽_k]= 0.03 · σ_b = 0.03 · 780 = 23.4

Полученный диаметр округляем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 20761-96

d₁ = 32

Вал 3

3. T₃ = 191.0 Н·м

K = 2.5

T_м = 191.0 ∙ 2.5 = 477.5

Приводим к стандартному значения

T_м = 630 Н·м

4. Рассчитываем диаметр опасного сечения

мм

[𝞽_k]= 0.03 · σ_b = 0.03 · 780 = 23.4

Полученный диаметр округляем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 20761-96

d₃ = 45

№ вала	Tн	d	D	Do	L
1	250	32	135	110	120
3	630	45	160	110	230

6. Выбор шлицевого соединения для вала 2 и вала 3

1. T₂= 139.804 Н·м

T₃= 191.0 Н·м

мм

[𝞽_k]= 0.03 · σ_b = 0.03 · 780 = 23.4

Полученный диаметр округляем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69

d₂ = 32 мм

d₃ = 36 мм

2. Прямобочное шлицевое соединение

2вал:

Подбираем размер подходящий по диаметру вала по ГОСТ 1139-80

для средней серии z x d x D

8 x 32 x 38

Проверочный расчет на смятие:

[σ_см ] = 15…20

h =

L_p – подбирается наименьшее значение, но так, чтобы выполнялось условие

L_p= 40 мм

3вал:

Подбираем размер подходящий по диаметру вала по ГОСТ 1139-80

для средней серии z x d x D

8 x 36 x 42

Проверочный расчет на смятие:

[σ_см ] = 15…20

h =

L_p – подбирается наименьшее значение, но так, чтобы выполнялось условие

L_p = 45 мм

3. Эвольвентное шлицевое соединение

2 вал

Подбираем размер подходящий по диаметру вала по ГОСТ 6033-80

D = 40, m = 2, z = 14.

Проверочный расчет на смятие:

[σ_см ] = 15…20

h =

L_p – подбирается наименьшее значение, но так, чтобы выполнялось условие

L_p= 35 мм

3 вал

Подбираем размер подходящий по диаметру вала по ГОСТ 6033-80

D = 45, m = 3, z = 13.

Проверочный расчет на смятие:

[σ_см ] = 15…20

h =

L_p – подбирается наименьшее значение, но так, чтобы выполнялось условие

L_p= 40 мм

Отсюда можно сделать вывод, что менее металлоемким и компактным является эвольвентное шлицевое соединение.

РГР №2

m = 210 кг

1. Подберем диаметр троса по ГОСТ 3067-88

Для того чтобы трос мог выдержать заданный вес, необходим трос с диаметром, d = 7.6 мм, и коэффициентом запаса К = 1.55

2. Определим нагрузку на все кронштейны

T=mg 12˚

3. Выбираем способ болтового соединения для кронштейнов I и II

Нагрузка соединения раскрывает стык

4. Подберем рым-болт III

М8, сталь 20, l=18

5. Рассчитаем болтовые соединения I и II

1. Болтовое соединение I

Расчет по условию нераскрытия стыка

R =F= 2592.92 H

z = 1

Предположим, что будем соединять болтом М10, d_отв=10 мм – диаметр отверстия под болт, D = 17 мм – диаметр опорной поверхности головки болта

Тогда площадь стыка A_ст = 0.25·π·(D₁²-d²_отв),

Где δ_д = 8 мм, D₁ = D+0.25·δ_д = 19 мм.

A_cт = 0.25·π·(19²-10²) = 204.99 мм²

Усилие растяжки

Q = F_зат = 2F = 2·2592.92 = 5185.84 H

Напряжение смятия в стыке от усилия затяжки болтов

Сила R₁ растягивает болты и уменьшает напряжения в стыке на величину σ_R

R₁ = R · sin(51˚) = 2592.92 ·sin(51˚) = 2015.07 H

Напряжение в стыке под действием момента М

М = 70 · R₁ = 70 · 2015.07 = 141054.9

– момент сопротивления изгибу поверхности стыка

Минимальное и максимальное напряжения в стыке

σ_min = σ_зат – σ_R – σ_M = 13.13 МПа

σ_max = σ_зат – σ_R + σ_M = 23.69 Мпа

Условие нераскрытия стыка σ_min >0 запишем в виде

σ_зат = K(σ_R + σ_M ) = 2 (6.88 + 5.28) = 23.12

Усилие затяжки

Прочность основания не проверяем на критерий смятия, так как материал один и тот же

Расчет по условию отсутствия смещения деталей в стыке

Если не предусмотрены разгрузочные устройства, то сила R₂ уравновешивается силами трения в стыке. Смещение деталей не происходит при выполнении условия

F_тр = К_тр·R₂

К_тр = 2

R₂ = R cos(51˚) = 2592.92 ·cos(51˚) = 1631.77 H

f = 0.2

Где F_тр = f (Qz – R₁)

Отсюда усилие затяжки

Расчёт на прочность болтов соединения

Внешняя нагрузка на наиболее нагруженный болт соединения складывается из двух составляющих:

F = F_R + F_M

F_R = R₁/z = R₁ = 2015.07 H - внешняя нагрузка от силы R₁;

F_M - внешняя нагрузка от момента M.

В общем случае при действии моментов, отрывающих стойку от основания, в двух взаимно ортогональных плоскостях M_x и M_y нагрузки на болты F_Mi определяют по формуле

Где L_xi и L_yi —расстояние от центра тяжести стыка то оси болта в направлении осей x и y.

так как в нашем случае плоскость действия нагрузки проходит через центр тяжести соединения и кронштейн крепится одним болтом,

то L_xi и L_yi равны нулю, а значит F_M = 0.

Следовательно, F = F_R = 2015.07 H

2. Болтовое соединение II

Расчет по условию нераскрытия стыка

R =F= 3201.99 H

z = 1

Предположим, что будем соединять болтом М10, d_отв=10 мм – диаметр отверстия под болт, D = 17 мм – диаметр опорной поверхности головки болта

Тогда площадь стыка A_ст = 0.25·π·(D₁²-d²_отв),

Где δ_д = 8 мм, D₁ = D+0.25·δ_д = 19 мм.

A_cт = 0.25·π·(19²-10²) = 204.99 мм²

Усилие растяжки

Q = F_зат = 2F = 2·3201.99 = 6403.98 H

Напряжение смятия в стыке от усилия затяжки болтов

Сила R₁ растягивает болты и уменьшает напряжения в стыке на величину σ_R

R₁ = R · sin(41˚) = 3201.99 ·sin(41˚) = 2100.69 H

Напряжение в стыке под действием момента М

М = 70 · R₁ = 70 · 2100.69 = 147048.61

– момент сопротивления изгибу поверхности стыка

Минимальное и максимальное напряжения в стыке

σ_min = σ_зат – σ_R – σ_M = 18.56 МПа

σ_max = σ_зат – σ_R + σ_M = 29.58 Мпа

Условие нераскрытия стыка σ_min >0 запишем в виде

σ_зат = K(σ_R + σ_M ) = 2 (2.73 + 2.1) = 25.36

Усилие затяжки

Прочность основания не проверяем на критерий смятия, так как материал один и тот же

Расчет по условию отсутствия смещения деталей в стыке

Если не предусмотрены разгрузочные устройства, то сила R₂ уравновешивается силами трения в стыке. Смещение деталей не происходит при выполнении условия

F_тр = К_тр·R₂

К_тр = 2

R₂ = R cos(41˚) = 3201.99 ·cos(41˚) = 2416.57 H

f = 0.2

Где F_тр = f (Qz – R₁)

Отсюда усилие затяжки

Расчёт на прочность болтов соединения

Внешняя нагрузка на наиболее нагруженный болт соединения складывается из двух составляющих:

F = F_R + F_M

F_R = R₁/z = R₁ = 2100.69 H - внешняя нагрузка от силы R₁;

F_M - внешняя нагрузка от момента M.

В общем случае при действии моментов, отрывающих стойку от основания, в двух взаимно ортогональных плоскостях M_x и M_y нагрузки на болты F_Mi определяют по формуле

Где L_xi и L_yi —расстояние от центра тяжести стыка то оси болта в направлении осей x и y.

так как в нашем случае плоскость действия нагрузки проходит через центр тяжести соединения и кронштейн крепится одним болтом,

то L_xi и L_yi равны нулю, а значит F_M = 0.

Следовательно, F = F_R = 2100.69 H

РГР №3

При нагружении соединения, представленного на рисунке, силой и моментом M пользуются принципом независимости действия сил. Сначала определяют напряжения от силы, затем максимальное напряжение от момента M. Далее полученные напряжение геометрические суммируются.

Растягивающие напряжения от момента M верхней точке шва суммируются с растягивающими напряжениями от силы F:

1. Рассчитаем напряжения для соединения I

Так как у нас 2 сварных шва, то нагрузка уменьшается в 2 раза

h = 0.8к, к = 4 мм – длина катета

2. Рассчитаем напряжения для соединения II

Так как у нас 2 сварных шва, то нагрузка уменьшается в 2 раза

h = 0.8к

к = 4 мм – длина катета