Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Расчет на прочность деталей машин

.pdf
Скачиваний:
77
Добавлен:
08.05.2015
Размер:
3.2 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Технология обработки материалов и реализация продукции»

621.8 (07) А953

В.В. Ахлюстина, Э.Р. Логунова

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Учебное пособие

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», направлению подготовки дипломированных специалистов – «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Челябинск Издательство ЮУрГУ

2004

1

621.81. 001.2 (075.8)

Ахлюстина В.В., Логунова Э.Р. Методика расчета на прочность деталей машин: Учебное пособие. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004. – 159 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с расчетом на прочность и проектированием элементов механизмов, приведены общетехнические сведения, справочные данные по материалам и методы расчета деталей машин. Материалы практического применения, обобщенные, систематизированные по темам, даны в простом и удобном для пользования виде.

При изложении методики расчета рассмотрены все основные этапы проектирования деталей машин, кулачковых и мальтийских механизмов. Приведен табличный метод расчетов по определению параметров механизмов. Изложение каждого раздела сопровождается конкретными примерами.

Учебное пособие предназначено для студентов при выполнении курсовых и дипломных работ по машиностроительным специальностям.

Ил. 98, табл. 83, список лит. – 20 назв.

Одобрено учебно-методическим советом филиала ЮУрГУ в г. Кыштыме.

Рецензенты: В.Т. Рогов, А.А. Комаров.

2

Введение

Учебное пособие содержит необходимые расчеты деталей машин и элементов механизмов. Технический материал учебного пособия имеет целью обеспечить единство расчетов, сократить время для выполнения расчетов деталей и механизмов, графики и номограммы, содержащиеся в учебном пособии, облегчают и ускоряют выполнение расчетных работ.

Таблицы, приведенные в учебном пособии, содержат обширный справочный материал по физико-механическим свойствам материалов, коэффициентам трения, КПД различных механизмов.

1.Система измерений

С1980 года введен в действие стандарт «Метрология. Единицы физических величин», которые устанавливают обязательное применение в науке и технике единиц международной системы единиц СИ [17]. Для образования кратных и дольных единиц установлены множители и приставки (табл. 1).

 

 

 

Десятичные приставки

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

Обозначение

Мно-

 

Обозначение

Мно-

Наименование

 

 

 

Наименование

 

 

 

 

 

 

 

житель

приставки

рус-

 

между-

жи-

приставки

 

междуна-

 

 

ское

 

народное

тель

 

русское

родное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1012

тера

Т

 

Т

10–1

деци

Д

D

109

гига

Г

 

G

10–2

санти

С

C

106

мега

М

 

M

10–3

милли

М

M

103

кило

К

 

K

10–6

микро

мк

 

102

гекто

Г

 

h

10–9

нано

Н

N

101

дека

Да

 

d

10–12

пико

п

P

2. Общие сведения о материалах

Основные технические характеристики твердых тел связаны с зависимостями между напряжениями и деформациями. Для упругих тел характерно увеличение напряжений с ростом деформаций и возвращение к первоначальной форме при снятии нагрузки. Остаточные деформации характеризуют пластическое поведение материала (рис. 1).

3

Связь между нормальным напряжением и деформацией выражается зако-

ном Гука

 

 

E ,

 

 

(2.1)

где E – модуль упругости.

 

 

 

 

 

 

 

Отношение касательного напряжения при чистом сдвиге к величине сдвигае-

мой деформации называется модулем сдвига:

 

 

 

 

 

 

G

E

,

 

(2.2)

 

 

 

 

2(1 )

 

 

 

где – коэффициент

Пуассона

или

отношение

поперечной

деформации

к продольной при растяжении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

у

.ц.п

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Диаграмма растяжения – сжатия:

п.ц – предел пропорциональности, напряжения, до которого материал следует закону Гука;у – предел упругости, напряжение, при котором

относительная остаточная деформация 0,05 % от первоначальной длины;Т – предел текучести, наименьшее напряжение, при котором

происходит деформация образца без увеличения нагрузки;в – предел прочности, напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца

Упругостью называется свойство материала восстанавливать после снятия нагрузки первоначальные нагрузки и форму детали.

Предел текучести – это пластические деформации детали без заметного увеличения нагрузки, при котором остаточная деформация образца достигает0,2 % от первоначальной длины образца [18].

4

3. Упругие характеристики и механические свойства материалов

Качество материалов оценивается механическими, физическими (табл. 2, 3) и технологическими свойствами. Первые два из них характеризуют прочность материала, последнее – обрабатываемость материала.

3.1 Упругие и физико-механические свойства материалов

Таблица 2 Значение модулей упругости при растяжении Е, при сдвиге G,

коэффициента Пуассона

Материал

E, H/мм2

G, H/мм2

 

Сталь углеродистая

(2,0…2,1) 105

8,1·104

0,24…0,30

Сталь легированная

2,1 105

8,1·104

0,26…0,33

Стальное литьё

1,75 105

Чугун серый

(0,8…1,5) 105

4,5·104

0,23…0,27

Чугун ковкий

1,55 105

Медь холоднотянутая

1,3 105

4,9·104

Медь прокатная

1,5 105

4,0·104

0,31...0,34

Бронза оловянная

(0,75...1,24) 105

0,32...0,35

Бронза фосфористая катанная

1,15 105

4,2·104

0,32...0,35

Латунь катанная

1,1 105

4,0·104

0,36

Латунь холоднотянутая

(0,90...1,0) 105

(3,5...3,7) 104

0,32...0,42

Алюминиевые сплавы

(0,70...0,72) 105

2,7·104

0,32

Магниевые сплавы

(0,4... 0,44) 105

0,34

Никель технический

2,5 105

7,35 104

0,33

Свинец технический

(0,15...0,2) 105

0,7 104

0,42

Цинк технический

0,78 105

3,2 104

Бетон

(1,48…2,2) 105

0,17

Древесина вдоль волокон

(8,8...15,7) 104

(4,4... 6,4) 102

Древесина поперек волокон

(3,9...9,8) 104

(4,4… 6,4) 102

Текстолит поделочный

(6,0...10,0) 103

Винипласт листовой

0,4 104

Гетинакс

(9,8...17,1) 103

Стекло органическое

(2,9...4,1) 103

0,35…0,38

Стекло

(4,9...5,9) 104

(2,05...2,2) 103

0,26

Стеклотекстолит

3,4 104

(3,5...3,9) 103

Целлулоид

(1,47...2,45) 103

(6,86...9,8) 102

0,4

Фторопласт Ф-4

(0,47...0,85) 103

Капрон

(1,4...2,0) 105

Каучук

0,07 104

2 103

Кирпич

(0,24...0,3) 104

5

Таблица 3 Физико-механические свойства неметаллических материалов

 

 

 

 

 

 

Предел

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прочности,

 

 

 

 

1/ С

 

 

 

 

 

 

 

Н/мм2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

6

 

 

 

 

Плотность, г/см

при растяжении

 

сж

 

 

2

Твёрдость, Н/мм

Модульупругостипри растяжение, Н/мм

 

Коэффициентлинейного расширения,

ТеплостойкостьМарпотенсону, С

Материал

 

 

и

/мм

 

 

 

 

 

при сжатии

 

при изгибе

, Н

 

 

 

 

 

 

ср

2

 

 

 

 

 

прочностиПределпри срезе

вязкостьУдарная, кДж/м

 

ПТК,

1 сорт

1,35

100

 

155

 

150

102

 

36

 

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПТК,

2 сорт

1,35

90

 

130

 

140

102

 

34

 

130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,35

90

 

140

 

145

93

3

36

 

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Текстолит

ПТПТ, ,

2 сортсорт1

1,35

68

 

120

 

110

93

(3,9...6,4)10

24

4,1...2

130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПТМ

1,35

 

120

 

96,5

280

 

 

130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПТМ

1,35

 

120

 

120

 

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,6

 

98

 

110

108

300

 

29

250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

Асботекстолит

Б А

1,6

42

 

83

 

90

64

280

(14...20)10

26

250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

1,6

 

87,6

 

85

66,5

186

24

225

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Продолжение табл. 3

 

 

 

 

 

 

Предел

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Плотность, г/см

прочности,

прочностиПредел при срезе

,ТвёрдостьН/мм

упругостиМодульпри ,растяжениеН/мм

вязкостьУдарная, кДж/м

Коэффициентлинейного расширения,

Теплостойкостьпо Мар- С,тенсону

 

 

 

 

растяжениипри

сжатиипри

изгибепри

 

 

 

 

 

 

Н/мм2

 

 

 

 

 

С 1/

 

 

 

 

 

3

р

 

 

 

 

2

2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

сж

 

и

2

 

 

 

 

 

Материал

 

 

 

мм/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВФТ-С

1,85

160

 

4

65...100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1,7– ...2,1) 10

 

 

 

Стеклотекстолит

КАСТР-КАСТ-В

1,85

140

60

 

...50– 90

...0,90,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,85

170

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КАСТ

1,9

165

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОЛ

 

 

 

 

 

 

 

2,910

...9,516,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

1,18

65

130

 

120

200

 

 

 

органическоеСтекло

 

конструкционное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТ-1

 

 

 

 

 

 

 

2,910

...1016,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

1,18

78

140

 

140

230

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-255

 

 

 

 

 

 

 

3

...815

 

 

 

 

 

1,19

85

150

 

140

250

3,510

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Окончание табл. 3

 

 

 

 

,Плотностьг/см

растяжениипри

Предел

изгибепри

прочностиПределпри срезе

Н,Твёрдость/мм

упругостиМодульпри ,растяжениеН/мм

вязкостьУдарная, м/кДж

Коэффициентлинейного ,расширения

Теплостойкостьпо Мар- С,тенсону

 

 

 

 

сжатиипри

 

 

 

 

 

прочности,

 

 

 

 

С 1/

 

 

 

 

 

 

 

Н/мм2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

р

 

 

 

 

2

2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Материал

 

 

сж

 

и

мм/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ср

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

органическоеСтекло

 

техническое

ТОСПТОСНТОСС

1,18

60

 

–––

6...12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,18

70

 

 

8...12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,19

80

 

 

8...12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фторопласт–4

ПН

2,19

24,5

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4,7...8,3) 10

9,8 10

 

 

 

ТО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

2,2

22,5

 

10,7

29...30

 

 

8...25

 

 

 

 

2,21

14,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОН

1,6...2

6,6

 

 

Паронит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАПМБ

2…2,7

 

– –

 

 

 

 

1,5...2

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЭ

1,6...2

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

3.2.Стандарты на материалы по химическому составу

1.Стали обыкновенного качества ГОСТ 380-94: Ст. 1 – Ст. 6.

2.Стали качественные конструкционные ГОСТ 1050-88: Сталь 08, 10, 15, 20, 26, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60.

3.Стали конструкционные легированные ГОСТ 4543-71: Сталь 15Х, 15ХА

20Х – 50Х, 18ХГТ, 40ХН, 20ХГСА, 20ХНЗА, 15Г – 50Г, 10Г2 – 50Г2, 20ХГР, 30ХГС, 30ХГСНА и др.

4.Стали подшипниковые ГОСТ 801-78: Сталь ШХ15, ШХ20, ШХ15СГ, ШХ20СГ.

5.Стали инструментальные углеродистые ГОСТ 1435-90: Сталь У7 – У13; У7А – У13А, ГУ8Г, У8ГА.

6.Стали быстрорежущие ГОСТ 19265-93: Р9, Р18, Р6М5, Р18К5Ф2, Р6М5К5,

Р9М5К5, Р9К5, Р12Ф3, Р2АМ9К5.

7.Стали инструментальные легированные ГОСТ 5950-73: 9ХI, 12ХI, 9ХС, ХГС, 9ХВГ, 13Х, Х, 9Г2Ф, 8ХФ, В2Ф, Х12, Х12МФ, 4Х5МФIС, ХВСГФ, Х6ВФ,

Х12ФI.

8.Твёрдые сплавы (спечённые) ГОСТ 3882-74: ВК3 – ВК20; Т30К4 – Т15К6;

ТТ8К6 – ТТ20К9.

9.Стали теплоустойчивые ГОСТ 20072-74:Сталь 12Х1МФ, 20Х1М1Ф1ТР, 20Х1М1Ф1БР, 25Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5, 12Х8ВФ, 12МХ, 15Х5М.

10.Стали коррозионно-стойкие, жаропрочные ГОСТ5949-75:

Сталь 10Х11Н2ТМР, 13Х14Н3В2ФР, 12Х18Н10Т, 12Х25Н16Г7АР. 40Х9С2, 20Х13, 14ХI7Н2, 15Х25Т, 15Х28, 12Х21Н5Т, 10Х23Н18, 20Х23Н18.

11.

Стали

конструкционные и легированные

(отливки) ГОСТ

977-88:

15Л – 55Л, 20ГЛ, 35ГЛ, 20ГСЛ, 35ХМЛ, 30ХНМЛ.

 

 

12.

Сталь

углеродистая рессорно-пружинная

ГОСТ 14959-79:

Сталь

65 – 85,60Г, 65Г, 70Г, 55С2, 55ХС2А, 60С2, 60С2Г,70С3А, 50ХГА, 50ХФА, 55С2ГФ, 60С2ХА, 65С2ВА, 60С2Н2А.

13.Конструкционные стали высокой обрабатываемости резанием ГОСТ 1414-15: Сталь А11 – А35, А40Г, АС14, АС35Г2, АС30ХМ, АС40ХГНМ, АС40.

14.Чугуны, отливки из серого чугуна ГОСТ 1412-85: СЧ10 – СЧ35.

15.Чугуны отливки из высокопрочного чугуна ГОСТ 7293-85: ВЧ35 – ВЧ100.

16.Чугуны, отливки из жаропрочного чугуна ГОСТ 7769-82: ЧХ1 – ЧХ6, ЧХЗТ, ЧХ9Н5, ЧХ16М2, ЧС17М3, ЧЮХШ, ЧГ6С3Ш

17.Чугуны антифрикционные ГОСТ 1585-85: АЧС-1 – АЧС-6, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2.

18.Оловянные и свинцовые баббиты ГОСТ 1320-74: Б83, Б88, Б4, Б16, БС6.

19.Бронзы оловянные литейные ГОСТ 613-79: БрОЗЦ12С5, БрОЗЦ7СН1, БрО5С25, БрО6Ц6С3, БрО8Ц4, БрО1Ф1, БрО10С10.

20.Бронзы безоловянные литейные ГОСТ 493-79: БрА9ЖЗЛ, БрА9Мц2Л, БрА9Ж4Н4Мц1, БрА11Ж6Н6, БрС30, БрА7Мц1БЖ3Н2Ц2.

9

21.Латуни (медно – цинковые) ГОСТ 2060-90: Л63 – Л68, ЛАЖ 60-1-1,

ЛЖМц 59-1-1.

22.Антифрикционные цинковые сплавы ГОСТ 21437-95: ЦАМ 9-1,5Л,

ЦАМ 10-5Л.

23.Фольга медная М0 – М2 ГОСТ 5638-75.

24.Титановые сплавы ГОСТ 19807-91: ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ3-1 , ВТ5, ВТ6, ВТ9,

ВТ20.

25.Сетка проволочная тканая ГОСТ 6613-86.

26.Трубы стальные ГОСТ 8732-78.

Обозначения легирующего элемента в материале (табл. 4).

Таблица 4 Условные обозначения химических элементов входящих в состав

металлов и сплавов

Элемент

Символ

В черных

В цветных

Элемент

Символ

В черных

В цветных

 

 

металлах

сплавах

 

 

металлах

сплавах

Азот

N

A

Индий

In

Ин

Алюминий

Al

Ю

А

Кадмий

Cd

Кд

Кд

Барий

Ва

Бр

Кобальт

Co

К

К

Бериллий

Be

Б

Кремний

Si

Ц

К

Бор

B

Р

Лантан

La

Ла

Ванадий

V

Ф

Литий

Li

Лэ

Висмут

Вi

Bu

Bu

Магний

Mg

Mr

Вольфрам

W

В

Марганец

Mn

Г

Мц

Германий

Ge

Г

Медь

Cu

Д

М

 

 

 

 

 

 

 

 

Железо

Fe

Ж

Молибден

Mo

М

 

 

 

 

 

 

 

 

Золото

Au

Зл

Никель

Ni

Н

Н

Ниобий

Nb

Б

Сурьма

Sc

Су

Олово

Sn

О

Тантал

Ta

Тт

Палладий

Fd

Пд

Титан

Ti

Т

Т

Платина

Ft

Рл

Углерод

C

У

Ртуть

Hg

Р

Фосфор

P

П

Ф

Свинец

Pb

C

Хром

Cr

Х

Серебро

Ar

Ср

Цинк

Zn

Ц

Селен

Se

E

Ст

Цирконий

Zr

Ц

Цэв

3.3.Стандарты на неметаллические материалы

1.Древесно-слоистые пластики ГОСТ 13913-78:

ДСП-В, ДСП-Б, ДСП-А, ДСП-Г.

2.Стеклотекстолит ГОСТ 10292-74.

3.Винипласт листовой ГОСТ 9639-71.

4.Стекло органическое ГОСТ 10667-90.

10