Детали машин (прикладная механика). Учебно-методическое пособие
.pdfМинистерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»
О. Р. Каратаев, Э. Н. Островская
ДЕТАЛИ МАШИН (ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА)
Учебно-методическое пособие
Казань Издательство КНИТУ
2016
1
УДК 621.8 ББК 34.42я73
К21
Каратаев О. Р.
Детали машин (прикладная механика) : учебно-методическое пособие / О. Р. Каратаев, Э. Н. Островская; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2016. – 84 с.
ISBN 978-5-7882-2022-2
Рассмотрены расчеты, конструкции и технология изготовления деталей и узлов общего назначения: разъемных и неразъемных соединений, передач трением и зацеплением, муфт.
Предназначено для студентов всех форм обучения направлений подготовки 240700.62 «Биотехнология», 18.03.02 – «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 18.03.01 – «Химическая технология», 19.03.02 – «Продуты питания из растительного сырья».
Подготовлено на кафедре «Машиноведение».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты: канд. техн. наук, проф. КГАСУ А. П. Давыдов канд. техн. наук, доц. кафедры машиноведения и инженерной графики КНИТУ-КАИ А. И. Сойко
ISBN 978-5-7882-2022-2 © Каратаев О. Р., Островская Э. Н., 2016
©Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016
2
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
4 |
|
1. |
Контрольные работы. Указания к выполнению . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
2. |
Первая группа задач. Сварные соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
|
2.1. Задачи к контрольным заданиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
|
2.2. Указания к решению задач первой группы . . . . . . . . . . . . . |
13 |
|
2.3. Примеры решения задач первой группы . . . . . . . . . . . . . . . |
16 |
3. |
Вторая группа задач. Резьбовые соединения . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
|
3.1. Задачи к контрольным заданиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
|
3.2. Указания к решению задач второй группы . . . . . . . . . . . . . |
27 |
|
3.3. Примеры решения задач второй группы . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
4. |
Третья группа задач. Шпоночные, шлицевые соединения . . . . . |
38 |
|
4.1. Задачи к контрольным заданиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
38 |
|
4.2. Указания к решению задач третьей группы . . . . . . . . . . . . . |
43 |
|
4.3. Примеры решения задач третьей группы . . . . . . . . . . . . . . . |
47 |
5. |
Четвертая группа задач. Кинематический и энергетический |
|
расчет передач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
52 |
|
|
5.1. Задачи к контрольным заданиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
52 |
|
5.2. Указания к решению задач четвертой группы . . . . . . . . . . . |
63 |
|
5.3. Примеры решения задач четвертой группы . . . . . . . . . . . . . |
64 |
Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
67 |
|
Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
|
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное учебное пособие составлено в полном соответствии с программами курсов «Детали машин», «Основы проектирования», «Дополнительные главы прикладной механики» и предназначено студентам всех форм обучения, для которых по учебному плану предусмотрены такие курсы.
Всоответствии с учебным планом необходимо выполнить контрольные работы, что позволяет закрепить рассмотренные ранее теоретические основы расчета деталей машин и их узлов. Предлагаемое пособие должно помочь студентам овладеть методами решения конкретных задач, возникающих при проектировании некоторых видов деталей и их соединений.
Врассмотренных решениях показаны основные методы, правила
инормы проектирования деталей машин, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров. В приведенных примерах достаточно подробно изложена последовательность расчета, приведены литературные источники, в некоторых случаях даны соответствующие пояснения, в приложениях приведены необходимые справочные материалы.
Авторы надеются, что данное пособие поможет студентам глубже разобраться в решении поставленных задач и будет способствовать самостоятельному выполнению задач, возникающих на производстве.
4
1.КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
Впособии представлены четыре группы задач. Студенты выполняют одну контрольную работу, состоящую из четырех задач, по одной задаче из каждой группы.
Номер задачи и варианта в каждой группе следует выбирать по двум последним цифрам шифра зачетной книжки: по последней цифре – номер задачи, а по предпоследней – номер варианта. Например, по номеру шифра 5312121 следует выполнять первую задачу в каждой группе задач, второго варианта. Цифра нуль соответствует десятой задаче и десятому 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.
Неизвестные для расчета величины следует принимать самостоятельно, пользуясь для этого справочными данными.
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 в 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
5
следует приводить в конце работы, указывая порядковый номер, автора, название книги и год издания (для примера см. «Список использованных источников»).
Выполненные контрольные работы студенты сдают преподавателю 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 установленных требований 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.
6
2. ПЕРВАЯ ГРУППА ЗАДАЧ. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
2.1. ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ
На рисунках к задачам сварные швы показаны эскизно.
Задача 2.1.1. Проверить прочность сварного соединения (рис. 2.1). Соединение выполнено двумя угловыми швами с катетом k. Соединение нагружено силой F (табл. 2.1). Материал деталей сталь Ст3. Сварка ручная.
Задача 2.1.2. Проверить прочность сварного соединения, крепящего опорный швеллер, имеющий номер профиля №, к стальной плите (рис. 2.2, табл. 2.2). Материал деталей – сталь Ст3. Сварка автоматическая.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Рис. 2.1 |
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
||||
7
Таблица 2.2
|
|
|
|
|
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 2.1.3. Проверить прочность сварного соединения, если на конце клеммового рычага длиной l и толщиной (рис. 2.3, табл. 2.3) приложена сила F. Материал рычага – сталь Ст10. Размер рычага у места сварки а. Сварка ручная.
Задача 2.1.4. Рассчитать сварное соединение – длину шва l (рис. 2.4), крепящее стойки неподвижного блока к плите. Сварка автоматическая. Материал свариваемых деталей – сталь Ст5. Толщина стоек (табл. 2.4).
|
Рис. 2.3 |
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.4 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.3 |
||
|
|
Варианты |
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 |
|||||||
8
Таблица 2.4
|
|
|
|
|
|
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 2.1.5. Проверить прочность сварного соединения крепления трубы к неподвижной плите А (рис. 2.5) путем обварки по контуру сварным швом с катетом k, если наружный диаметр трубы D, толщина стенки (табл. 2.5). Материал трубы – сталь Ст3. Сварка автоматическая электродами Э50А.
Задача 2.1.6. Рассчитать сварное соединение из серьги, блока и швеллера (рис. 2.6). На блок действует сила F, толщина стенки серьги(табл. 2.6). Материал свариваемых деталей – сталь Ст10. Сварка ручная.
Таблица 2.5
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.5 |
|
Рис. 2.6 |
9
Таблица 2.6
|
|
|
|
|
|
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 2.1.7. Проверить прочность сварного соединения листа толщиной с уголком (рис. 2.7), если на конце l рычага приложена сила F (табл. 2.7). Материал рычага – сталь Ст5. Сварка ручная электродами Э50.
Задача 2.1.8. Рассчитать сварное соединение стойки ручной лебедки с плитой (рис. 2.8). 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 (табл. 2.8). Материал деталей – Сталь 15. Сварка ручная.
Таблица 2.7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.8 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
|
|
|
|||||||
10