3.4. Примеры решения задач д1
Пример 1
Рассчитать сварное
соединение трубы диаметром d
= 60 мм с вертикальной стенкой «втавр»
нагруженного изгибающим (Миз=2,0
кН) и крутящим (Мк
= 1,2 кН) моментами. Сварной шов по периметру
распределен равномерно. Материал
электрода и метод сварки назначить
самостоятельно. Материал соединяемых
деталей Ст. 3 (
МПа).
Рис. 44
Решение
Напряжение в шве от крутящего момента
.
В этом уравнении принято, что катет шва k мал в сравнении с размером детали d.
Напряжение в шве от изгибающего момента
.
В этом выражении
принято
,
где
– средний диаметр, а
– толщина стенки.
Напряжения
и
в сеченииm-m
взаимно
перпендикулярны:
перпендикулярно к плоскости чертежа,
а
лежит в плоскости чертежа. Поэтому
суммарное напряжение
.
Принимаем, что
сварка ручная дуговая электродами Э42,
для которой по рекомендациям
.
При определении допускаемого напряжения
назначаем коэффициент запаса прочности
[n]
=1,5. Тогда
МПа.
В связи с тем, что нагрузка и продольная геометрия шва известна по условию, значит, проектный расчет заключается в определении катета шва k, из условия
,
или
м = 8,8 мм.
Следовательно, назначаем сварное соединение по всему периметру электродуговой ручной сваркой электродами Э42 с катетом шва 9 мм.
Пример 2
Рассчитать
комбинированное сварное соединение
(рис. 45) двух пластин внахлестку толщиной
t=10
мм, нагруженных продольной силой Р=100
кН, а так же силой Р=100
кН и моментом М=2
кНм (рис. 46) Материал соединяемых деталей
Сталь 20 (
МПа). Коэффициент запаса прочности,
материал электрода и метод сварки
назначить самостоятельно.
|
|
Рис. 45 Рис. 46
Решение
Первый вариант расчета
В первом случае (рис. 45) сварной шов испытывает касательные напряжения
,
(3.1)
где
А – площадь
среза, м2;
– допускаемое напряжение в шве, Па;k
– катет шва,
м; lф
и lл
– длина флангового и лобового шва
соответственно, м.
Назначаем сварку
ручную дуговую электродами Э50А, для
которых по рекомендациям
.
Для определения, допускаемого напряжения
назначаем коэффициент запаса прочности[n]
=1,5. Тогда
Па.
В зависимости от
толщины соединяемых деталей принимаем
катет шва
(мм) = 0,006 (м)
и считаем, что
или
,
получаем
.
В этом случае
проектный расчет заключается в определении
значения
.
м =84 мм.
Окончательно
принимаем
мм;k
=6 мм.
Второй вариант расчета
В зависимости от
конструкции сварного соединения
назначаем общую длину шва, например,
мм.
Тогда проектный расчет заключается в
определении катета шваk
при выполнении
условия
.
Из выше приведенной зависимости получаем
=
м = 8,1 мм.
Полученное значение
округляем до ближайшего целого большего
числа
мм, а общую длину шва
мм разбиваем на составляющие, например,
мм,
мм,
при этом соблюдаем условие
мм.
Третий вариант расчета
Во втором случае
(рис. 46) в шве возникает напряжение от
действия силы Р
(обозначим через
),
определяемое по формуле (3.1) и напряжение
от действия момента М (обозначим через
),
определяемое как
.
Суммарное
максимальное напряжение
.
Приняв из
конструктивных соображений отношение
или
мм,
получаем исходное уравнение для
проектного расчета.
.
Отсюда находим
или
5,98
мм. Назначаем катет шваk=6
мм,
50
мм,
=100
мм.
Задача Д2
Вариант 1, рис. 47, табл. 36
|
Рис. 47 |
Рассчитать винт и гайку пресса при силе давления на винт, равной F, а также определить диаметр рукоятки L. Материал винта и гайки и другие недостающие данные принять самостоятельно.
|
Таблица 36
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
F, кН |
12 |
8,5 |
9 |
9,5 |
10 |
15 |
11 |
12 |
12 |
12,5 |
|
Резьба |
Прямоугольная |
Трапецеидальная | ||||||||
|
Рис. 48 |
Рассчитать винт и гайку съемника при силе давления на винт, равной F. Недостающие данные выбрать самостоятельно.
|
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
F, кН |
6,2 |
6,4 |
6,6 |
6,8 |
7 |
7,2 |
7,4 |
7,6 |
7.8 |
8 |
Вариант 3, рис. 49, табл. 38
|
Рис. 49 |
Рассчитать винт и гайку домкрата при условии, что вес поднимаемого груза F. Недостающие данные выбрать самостоятельно.
|
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
F, кН |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
Вариант 4, рис. 50, табл. 39
|
Рис. 50 |
Рассчитать винт и гайку механизма отводки муфты. Сила 2F действует на гайку.
|
Таблица 39
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
2F, кН |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
9 |
9,5 |
10 |
10,5 |
Вариант 5, рис. 51, табл. 40
|
Рис. 51 |
Определить диаметр нарезной части вала дисковой пилы, которая удерживается между двумя шайбами посредством сил трения, возникающих при затяжке гайки на конце вала. Пила преодолевает сопротивление резанию силу Р
|
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
Р, Н |
500 |
625 |
650 |
675 |
700 |
725 |
750 |
900 |
800 |
825 |
|
D, мм |
700 |
700 |
650 |
650 |
600 |
600 |
550 |
550 |
500 |
500 |
|
D1, мм |
450 |
300 |
350 |
350 |
300 |
300 |
250 |
250 |
200 |
206 |
Вариант 6, рис. 52, табл. 41
|
Рис. 52 |
Определить диаметр резьбы шпильки станочного прихвата. Недостающие данные выбрать самостоятельно.
|
Таблица 41
|
|
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
Величина |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
F, кН |
4 |
4,5 |
5 |
5,5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
|
а, мм |
120 |
125 |
130 |
135 |
140 |
145 |
150 |
155 |
160 |
165 |
|
b, мм |
115 |
115 |
120 |
120 |
130 |
130 |
140 |
140 |
150 |
150 |
Вариант 7, рис. 53, табл. 42
|
Рис. 53 |
Рассчитать болты, скрепляющие зубчатое колесо с барабаном лебедки. Расчет вести в двух вариантах: а) болты поставлены с зазором; б) болты поставлены без зазора. Грузоподъемность лебедки Р и диаметр D1 и D2 заданы в табл. 42.
|
Таблица 42
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
Р, кН |
30 |
40 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
32 |
50 |
36 |
|
D1, мм |
250 |
250 |
250 |
300 |
350 |
350 |
400 |
400 |
450 |
450 |
|
D2, мм |
400 |
400 |
450 |
450 |
500 |
500 |
550 |
550 |
600 |
600 |
Вариант 8, рис. 54, табл. 43
|
Рис. 54 |
Рассчитать винтовую стяжку с максимальным усилием на винте F по данным табл. 43. Определить также размеры рукоятки. Материал винта и гайки и другие недостающие данные принять самостоятельно. |
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
F, кН |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
|
Резьба |
Прямоугольная |
Трапецеидальная | ||||||||
Вариант 9, рис. 55, табл. 44
|
Рис. 55 |
Рассчитать клеммовое болтовое соединение, обеспечивающее передачу крутящего момента с рычага в результате приложенной на его конце силы F на вал диаметром D.
|
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
D,мм |
40 |
42 |
45 |
48 |
50 |
52 |
55 |
58 |
60 |
65 |
|
f* |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
0,18 |
0,18 |
0,18 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
F, |
500 |
650 |
700 |
750 |
800 |
850 |
900 |
950 |
1000 |
1050 |
|
а, мм |
400 |
420 |
440 |
460 |
480 |
500 |
520 |
540 |
560 |
580 |
Вариант 10, рис. 56, табл. 45
|
Рис. 56 |
Рассчитать болты, которыми прикреплен к кирпичной стене чугунный кронштейн с подшипником.
|
|
Величина |
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
F, кН |
5,5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
9 |
9,5 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а, мм |
200 |
225 |
250 |
275 |
300 |
325 |
350 |
375 |
400 |
425 |
|
b мм |
250 |
250 |
300 |
350 |
350 |
350 |
400 |
400 |
450 |
450 |
|
с, мм |
50 |
50 |
60 |
60 |
70 |
70 |
80 |
80 |
70 |
90 |
,
рад
/4
/6
/6
/4
/6
/6
/6
/3
/6
/3