МИНОБРНАУКИ РОССИИ государственный университет − УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС ФАКУЛЬТЕТ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Кафедра «Мехатроника и международный инжиниринг»

Р.Н. Поляков, А.И. Панченко, Л.А. Савин,

Детали машин

И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Печатается по решению редакционно-издательского совета

ФГОУ ВПО «Госуниверситет − УНПК»

Орел 2011

Автор: канд. техн. наук, доцент каф. МиМИ Р.Н. Поляков

Рецензент: канд. техн. наук, доцент

каф. «Физика» А.В. Бармин

Методические указания предназначены для подготовки и проведения лабораторных работ по разделу дисциплины «Детали машин», изучающему механические соединения, методы их проектировочного и проверочного расчета. Работы выполняются на экспериментальной установке «Механические соединения», которая позволяет проводить 4 лабораторные работы.

В задачи экспериментальных исследований входит получение студентами практических навыков выполнения операций сборки и демонтажа, настройки контрольно-измерительной системы и снятия экспериментальных показаний, определение погрешностей измерений и проведение теоретических расчетов, обобщения и анализа полученных результатов.

Предназначено студентам приборостроительных, машиностроительных и технологических специальностей при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования», а также смежных с ней дисциплин «Основы проектирования машин», «Прикладная механика», «Автоматизированное проектирование машин» и др.

Предназначено студентам высших учебных заведений всех специальностей всех форм обучения.

Редактор Т.Д. Васильева

Технический редактор С.В. Широков

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный университет − учебно-научно-производственный комплекс»

Подписано к печати __.__.20__ г. Формат 60x84 1/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. ____. Тираж 25 экз.

Заказ №________

Отпечатано с готового оригинал-макета

в _______________________,

302020, Г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

© ОрелГТУ, 20__

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Лабораторная работа №МС – 1

Определение предельных нагрузок

в шпоночном соединении 7

Лабораторная работа № МС – 2

Исследование нагрузочной способности

клеммовых соединений 21

Лабораторная работа №МС – 3

Исследование трения в резьбовых соединениях 27

Лабораторная работа № МС – 4

Определение усилий в затянутом болтовом соединении 39

Лабораторная работа № МС – 5

Установление характера распределения усилий в заклепочных швах 48

Лабораторная работа № МС – 6

Установление характера распределения напряжений в сварных фланговых швах 73

Приложение А

Описание конструкции экспериментальной установки

«Механические соединения» 59

Приложение Б

Описание информационно-измерительной системы

и программного обеспечения 86

Приложение В

Последовательность монтажа экспериментальной

установки 109

Приложение Г

Методика обработки результатов экспериментов 133

Приложение Д

Общие рекомендации по выполнению лабораторных работ 142

ВВЕДЕНИЕ

Элементы конструкций механических систем, основное назначение которых состоит в объединении деталей и узлов в более крупные структурные единицы, называются соединениями. Соединения позволяют собирать изделие из отдельных деталей, т.е. взаимно фиксировать их в требуемом направлении. Применение сборных конструкций удешевляет изготовление деталей: упрощаются их формы, облегчается обработка, рационально используются материалы. Но при этом увеличивается число деталей, усложняется монтаж из-за возрастания числа сборочных операций, появляется потребность в дополнительных стыках и сопряженных поверхностях, которые требуют повышенной точности обработки, возникает неблагоприятное распределение напряжений и ряд других факторов. Разбиение конструкции на детали, выбор их числа и форм определяется технологическими возможностями и минимизацией затрат на изготовление, сборку и последующее техническое обслуживание всей системы.

В конструкции соединяемые детали могут либо соприкасаться, либо отстоять друг от друга на некотором расстоянии. Наиболее часто контактирующие поверхности соединяемых деталей имеют цилиндрическую (как, например, в сопряжении вал-втулка) или плоскую (или слабо искривленную) формы.

При контакте по цилиндрической поверхности фиксация деталей в радиальном направлении уже обеспечивается характером сопряжения. В остальных направлениям возможна:

• фиксация в окружном направлении при допустимой подвижности в осевом направлении: шпоночное, шлицевое, профильное, штифтовое (осевая установка) и другие виды соединений;

• фиксация в осевом направлении при допустимой подвижности в окружном направлении: резьбовые, кольцами и другие виды соединений;

• полная фиксация (во всех направлениях): штифтовое (радиальная установка), клиновое, резьбовое (фланцевое), сварное, клеевое, прессовое и другие виды соединений.

При соединении деталей по плоской поверхности наиболее распространены соединения, обеспечивающие полную фиксацию, т.е. препятствующие сдвигу деталей и отрыву их друг от друга. Это – сварное, клеевое, клепаное и резьбовое соединения, а также соединения гвоздями, шурупами, шипами и еще многими другими способами. Для улучшения восприятия сдвигающих нагрузок используют комбинированные соединения, когда дополнительно вводят элементы, хорошо работающие на сдвиг, как, например, шпонки и штифты.

Не всегда детали, подлежащие соединению, непосредственно соприкасаются. В таких случаях вводят промежуточные элементы, связывающие соединяемые детали воедино:

• для соединения вращающихся деталей (валов) служат муфты. При этом часто они выполняют и ряд других вспомогательных функций;

• для соединения стационарных деталей типа труб, шлангов и т.п. применяют муфты, рукава, нипели, бугельное, фланцевое и ряд других соединений.

В зависимости от условий монтажа соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. В отличие от неразъемных соединений разъемные позволяют многократно собирать и разбирать узлы без повреждения поверхностей деталей, однако существует вероятность непроизвольной их саморазборки в процессе эксплуатации. Поэтому в ответственных случаях разъемные соединения нуждаются в дополнительном стопорении.

По характеру взаимодействия соединяемых деталей выделяют геометрическое и силовое замыкания. Силовое замыкание, как правило, фиксирует детали посредством силы трения и конструктивно проще, но габариты такого узла получаются больше.

В данных методических указаниях приведены 6 лабораторных работ, которые позволяют проводить экспериментальные исследования шпоночного, клеммового, резьбового, заклепочного и сварного соединений.

Рекомендуемый объем академических часов на выполнение лабораторных работ:

• лабораторная работа №1 – 4час;

• лабораторная работа №2 – 4 час;

• лабораторная работа №3 – 4 час;

• лабораторная работа №4 – 4 час.

• лабораторная работа №5– 4 час.

• лабораторная работа №6– 4 час.

Подразумевается, что перед выполнением лабораторных работ студенты должны полностью пройти лекционный курс по разделу «Механические соединения» дисциплины «Детали машин».

Лабораторная работа МС – 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

В ШПОНОЧНОМ СОЕДИНЕНИИ