Детали машин / Детали машин заочн
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
« ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
КПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ИВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ « ДЕТАЛИ МАШИН » ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 290700 И 290800
Издание третье, дополненное
Ижевск
2006
1
УДК 621.81
Составитель Л.Е. Шейнман, канд. техн. наук, доцент
Методические указания к проведению практических занятий и выполнению контрольных работ по дисциплине «Детали машин» для специальностей 290700 и 290800. − Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006. − 36 с.
Издание третье, дополненное
Методические указания предназначены для студентов дневного и заочного отделений теплотехнического факультета (специальности 290700 и 290800), изучающих указанную дисциплину.
Шейнман Л.Е, составление, 2006
Издательство ИжГТУ, 2006
2
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания содержат материалы трех комплексных заданий по «Деталям машин». Цель выполнения этих заданий - дать студенту начальные навыки конструирования простейших механизмов и деталей, с которыми он может столкнуться в процессе инженерной деятельности.
Указания могут использоваться как в процессе проведения аудиторных практических занятий, так и при самостоятельной работе студента заочного отделения − при выполнении контрольных работ.
Лекционный курс по данной дисциплине, как и курс «Сопротивление материалов», на котором она базируется, весьма невелик; поэтому некоторые расчеты, выполняемые по данным указаниям, приведены в упрощенном виде (в частности, это относится к расчету валов, расчету фланцевого соединения с упругой прокладкой и т.д.).
Студенту, выполняющему контрольную работу, нужно придерживаться некоторых общих правил выполнения подобных расчетов:
1.Не следует увлекаться большим количеством знаков при подстановке численных значений в расчетные формулы, так как эти формулы − приближенные. Достаточна точность в три значащих цифры (третья цифра округляется).
2.Все расчеты выполняются в системе СИ. Это означает, что все длины в формулы подставляются в м, время − в с, силы − в Н, давления − в Па (а не в МПа) и т.д.
3.При оформлении пояснительной записки необходимо перед применением каждой формулы комментировать свои действия, например: ”Определяем число витков резьбы из условия износостойкости: ”.
Если какое-либо число берется из таблицы Приложения, необходимо указать № таблицы.
Затем приводится применяемая формула в буквенном виде, ставится знак равенства и записывается та же формула, где вместо букв подставлены численные значения всех величин (их размерность при этом не указывается). Далее снова ставится знак равенства и приводится результат вычислений с размерностью этого результата в системе СИ.
Если требуется перевести результат из м в мм, из Па в МПа и т.д., то еще раз ставится знак равенства и приводится новое значение результата с новой размерностью.
4.Титульный лист пояснительной записки оформляется, как показано на следующей странице.
5.Перед каждым заданием указывается его номер, № варианта, приводится расчетная схема, имеющаяся в начале каждого задания, и выписываются все исходные данные. Если в задании имеются дополнительные схемы, они также приводятся в записке (по тексту).
3
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение «Ижевский государственный технический университет»
Кафедра «Теплоснабжение, отопление, вентиляция и кондиционирование»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по курсу «Детали машин»
Выполнил: студент группы 5-11-1 |
Иванов И.И. |
Принял: ст. преподаватель |
Сидоров П.П. |
Ижевск , 2006 г.
4
1. ЗАДАНИЕ № 1 РАСЧЕТ ВИНТОВОГО ДОМКРАТА
1.1.Исходные данные
Рис.1. Схема винтового домкрата
Рассчитать основные элементы грузового домкрата и определить размер ходового винта 1, гайки 2 и рукоятки 3 (см. рис.1) при условии, что он приводится в действие одним человеком. Трением в сферической опоре пренебречь. Проверить ходовой винт на устойчивость, а резьбу − на самоторможение.
Коэффициент трения f принять равным: сталь - чугун 0,15; сталь - бронза 0,12; сталь - сталь 0,18.
Диаметр D2 выбрать из соотношения: D2= d +10 мм.
Исходные данные взять из табл.1. Здесь значком * отмечена сталь закаленная.
Все окончательные размеры любых деталей машин даются в мм.
5
Таблица 1
Варианты исходных данных к заданию № 1
|
|
Варианты исходных данных к заданию № 1 |
Таблица 1 |
|||
|
|
|
||||
№ |
Тип |
G, |
hmax, |
Материал |
Материал |
Материал |
|
резьбы |
кН |
мм |
детали 1 |
детали 2 |
детали 3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
Трап. |
17,8 |
200 |
Сталь 40ХФА* |
БрО3Ц12С5 |
Ст1кп |
2 |
Упорн. |
11,5 |
350 |
Сталь 45 |
СЧ15 |
Ст3кп |
3 |
Трап. |
5,6 |
300 |
Сталь 35 |
БрОНФ |
Ст4сп |
4 |
Упорн. |
12,6 |
400 |
Сталь 40 |
БрО4Ц7С5 |
Ст3сп |
5 |
Трап. |
13,8 |
250 |
Сталь 50Х* |
Сталь 10 |
Ст2пс |
6 |
Упорн. |
6,3 |
180 |
Сталь 45 |
СЧ10 |
Ст5пс |
7 |
Трап. |
7,1 |
550 |
Сталь 50 |
БрО5Ц5С5 |
Ст1кп |
8 |
Упорн. |
10,2 |
300 |
Сталь 35 |
СЧ18 |
Ст3кп |
9 |
Трап. |
16,6 |
420 |
Сталь 35Х* |
Сталь 15 |
Ст4пс |
10 |
Упорн. |
12,5 |
350 |
Сталь 40 |
БрО8Ц4 |
Ст5сп |
11 |
Трап. |
9,9 |
450 |
Сталь 45 |
СЧ20 |
Ст3сп |
12 |
Упорн. |
4,3 |
500 |
Сталь 50 |
СЧ21 |
Ст2пс |
13 |
Трап. |
8,5 |
650 |
Сталь 30 |
БрО10Ц10 |
Ст1кп |
14 |
Упорн. |
14,1 |
320 |
Сталь 30ХМА* |
БрО6Ц6С3 |
Ст2пс |
15 |
Трап. |
3,7 |
540 |
Сталь 35 |
СЧ10 |
Ст4кп |
16 |
Упорн. |
9,2 |
480 |
Сталь 40 |
СЧ15 |
Ст1кп |
17 |
Трап. |
8,1 |
310 |
Сталь 45 |
БрО10Ф1 |
Ст5пс |
18 |
Упорн. |
12,7 |
470 |
Сталь 30ХГС* |
Сталь 20 |
Ст2пс |
19 |
Трап. |
15,2 |
220 |
Сталь 20ХГСА* |
Сталь 10 |
Ст4кп |
20 |
Упорн. |
4,6 |
560 |
Сталь 50 |
БрОНФ |
Ст3кп |
21 |
Трап. |
7,4 |
370 |
Сталь 30 |
СЧ18 |
Ст3сп |
22 |
Упорн. |
13,5 |
290 |
Сталь 45ХН* |
Сталь 10 |
Ст5пс |
23 |
Трап. |
5,9 |
400 |
Сталь 35 |
БрА9Ж4 |
Ст4пс |
24 |
Упорн. |
16,3 |
330 |
Сталь 50ХН* |
Сталь 15 |
Ст3кп |
25 |
Трап. |
10,4 |
460 |
Сталь 40 |
СЧ24 |
Ст1кп |
26 |
Упорн. |
6,6 |
500 |
Сталь 45 |
БрО3Ц12С5 |
Ст2пс |
27 |
Трап. |
11.1 |
440 |
Сталь 50 |
СЧ25 |
Ст5сп |
28 |
Упорн. |
9,7 |
290 |
Сталь 30 |
СЧ10 |
Ст4пс |
29 |
Трап. |
12,9 |
200 |
Сталь 30ХНЗА* |
БрО4Ц7С5 |
Ст2пс |
30 |
Упорн. |
7,7 |
550 |
Сталь 45 |
СЧ15 |
Ст3сп |
6
Продолжение таблицы 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
31 |
Трап. |
21,5 |
400 |
Сталь 40Х* |
БрО3Ц12С5 |
Ст1кп |
32 |
Упорн. |
15,2 |
250 |
Сталь 50 |
СЧ10 |
Ст1пс |
33 |
Трап. |
13,6 |
360 |
Сталь 45 |
БрО4Ц7С5 |
Ст2кп |
34 |
Упорн. |
8,1 |
500 |
Сталь 35Х* |
БрО5Ц5С5 |
Ст1сп |
35 |
Трап. |
14,5 |
650 |
Сталь 50Х* |
СЧ24 |
Ст2пс |
36 |
Упорн. |
23,8 |
320 |
Сталь 40ХФА* |
БрО8Ц4 |
Ст2сп |
37 |
Трап. |
12,3 |
1000 |
Сталь 35 |
БрО10Ц10 |
Ст3кп |
38 |
Упорн. |
9,5 |
720 |
Сталь 40 |
СЧ18 |
Ст3пс |
39 |
Трап. |
25,4 |
520 |
Сталь 30 |
БрО6Ц6С3 |
Ст3сп |
40 |
Упорн. |
11,6 |
470 |
Сталь 45 |
СЧ21 |
Ст4кп |
41 |
Трап. |
16,4 |
250 |
Сталь 50 |
БрО10Ф1 |
Ст4пс |
42 |
Упорн. |
22,5 |
390 |
Сталь 35ХМ* |
БрОНФ |
Ст4сп |
43 |
Трап. |
10.2 |
1100 |
Сталь 50ХН* |
СЧ15 |
Сталь 10 |
44 |
Упорн. |
24,1 |
600 |
Сталь 30ХМА* |
БрО8Ц4 |
Сталь 15 |
45 |
Трап. |
30,0 |
550 |
Сталь 45ХН* |
БрА9Ж4 |
Сталь 20 |
46 |
Упорн. |
17,6 |
485 |
Сталь 40 |
СЧ30 |
Ст1кп |
47 |
Трап. |
12,4 |
364 |
Сталь 50 |
БрО10Ф1 |
Ст4кп |
48 |
Упорн. |
15,7 |
820 |
Сталь 45 |
СЧ18 |
Ст3пс |
49 |
Трап. |
20,0 |
615 |
Сталь 35 |
БрО4Ц7С5 |
Ст1сп |
50 |
Упорн. |
14,2 |
740 |
Сталь 30 |
СЧ35 |
Ст4пс |
1.2.Методика расчета
Расчет производится в следующей последовательности.
1.Задаются запасом прочности S и определяют допускаемые напряжения для материала ходового винта, гайки и рукоятки по формулам (4.1) или (4.2) раздела 4.1 Приложения, в зависимости от того, является материал хрупким или пластичным.
2.Определяют внутренний диаметр винта dвн , исходя только из обеспечения
прочности его стержня на сжатие:
dвн |
1,3 4G |
. |
|
||
|
π σ |
(1.1)
3.Так как винт подвергается сжатию, при достаточно большой длине его выступающей части (если hmax 4dвн) он может разрушиться за счет потери устойчивости значительно раньше, чем от чистого сжатия. Поэтому необходимо
7
проверить условие hmax 4dвн и, если оно выполняется, произвести проверку на устойчивость. Для этого применяется формула Эйлера для критической силы Fкр , при которой еще не теряется устойчивость:
F |
|
π2EJ |
. |
|
(1.2) |
|
|
||||||
кр |
|
l2nу |
|
|
||
Здесь E − модуль упругости (для сталей Е = 2,1 105 |
МПа =2,1 1011 Па); |
|||||
l − приведенная длина выступающей части стержня (l = 2hmax); |
||||||
|
|
|
|
d4 |
||
J − момент инерции сечения стержня (J |
|
вн |
) ; |
|||
|
|
64
ny − запас устойчивости (его принимают равным 2,5...4).
Формула (1.2) дана только для сведения; рассчитывать по ней ничего не нужно.
Из формулы (1.2), приняв Fкр = G, можно получить:
|
|
|
64G l2n |
y |
0,25 |
|
||
d |
вн |
|
|
|
|
. |
(1.3) |
|
|
3 |
|
|
|||||
|
|
π |
E |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Вычислив новое значение dвн из условия устойчивости по формуле (1.3), необходимо сравнить его со значением dвн, полученным по формуле (1.1). Выбрав из этих двух значений большее, из таблиц 4.4 или 4.5 Приложения выбирают такое минимальное значение наружного (основного) диаметра резьбы, при котором табличное значение ее внутреннего диаметра не меньше вычисленного по формуле (1.3). Выбрав резьбу, выписывают ее обозначение по ГОСТ и все размеры, данные в таблице.
9. Для определения размеров рукоятки вначале необходимо вычислить величину момента Mкр, необходимого для поворота ходового винта:
Mкр |
G |
|
dcp |
tg(ψ ). |
(1.12) |
|
2 |
||||||
Принять ψ = 3о, φ = 6 о. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
10. Определяется необходимая длина рукоятки Lp: |
|
|||||
L |
Mкр |
|
. |
|
(1.13) |
|
T |
|
|
||||
p |
|
|
|
|
Здесь T − усилие на рукоятке (принимается равным 200 Н).
Полученная из (1.13) длина рукоятки округляется до целых мм. Если она получилась меньше 150 мм, принимается Lр= 150 мм .
10. Определяется диаметр рукоятки из условия ее прочности на изгиб в сечении с − с (см.рис.1.1):
и |
|
M |
и |
|
T(Lp D2 |
/2) |
σи |
. |
(1.14) |
|
|
0,1dр3 |
|
||||||
|
|
Wи |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
Отсюда
|
|
1 |
|
|
T(Lp D2 /2) 3 |
|
|||
dр |
|
. |
(1.15) |
|
0,1σи |
||||
|
|
|
Значение σи определяется по Приложению, разд. 4.1. Полученное из (1.15) значение диаметра рукоятки округляется
до целых мм в большую сторону.
9
2. ЗАДАНИЕ № 2 РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
ТРУБОПРОВОДОВ С УПРУГОЙ ПРОКЛАДКОЙ 2.1.Исходные данные
Таблица 2 Варианты исходных данных к заданию № 2 z - число болтов, pp- рабочее давление
№ |
d, |
z |
b, |
lB , |
Материал |
Материал |
pp , |
|
мм |
|
мм |
мм |
прокладки |
болтов |
МПа |
1 |
80 |
8 |
15 |
60 |
Резина |
Сталь 30 |
2,5 |
2 |
100 |
12 |
25 |
75 |
Резина |
Сталь 35 |
4,0 |
3 |
150 |
12 |
20 |
65 |
Резина |
Сталь 45 |
1,6 |
4 |
200 |
18 |
30 |
90 |
Резина |
Сталь 40 |
3,5 |
5 |
250 |
18 |
18 |
85 |
Резина |
Сталь 30 |
5,0 |
6 |
300 |
24 |
40 |
76 |
Резина |
Сталь 45 |
7,0 |
7 |
400 |
24 |
35 |
80 |
Резина |
Сталь 35 |
3,0 |
8 |
50 |
4 |
12 |
45 |
Паронит |
Сталь 35 |
5,0 |
9 |
125 |
12 |
20 |
65 |
Паронит |
Сталь 45 |
3,0 |
10 |
175 |
16 |
25 |
75 |
Паронит |
Сталь 30 |
2,5 |
11 |
225 |
18 |
30 |
82 |
Паронит |
Сталь 35 |
6,0 |
12 |
150 |
12 |
10 |
60 |
Паронит |
Сталь 40 |
4,6 |
13 |
200 |
18 |
35 |
88 |
Паронит |
Сталь 45 |
10,0 |
14 |
300 |
20 |
15 |
110 |
Паронит |
Сталь 45 |
12,5 |
15 |
500 |
24 |
25 |
100 |
Паронит |
Сталь 30 |
3,5 |
16 |
50 |
4 |
8 |
50 |
Фторопласт 4 |
Сталь 30 |
2,0 |
17 |
70 |
6 |
10 |
48 |
Фторопласт 4 |
Сталь 35 |
1,6 |
18 |
80 |
10 |
8 |
55 |
Фторопласт 4 |
Сталь 35 |
3,0 |
19 |
60 |
6 |
12 |
68 |
Фторопласт 4 |
Сталь 30 |
6,0 |
20 |
55 |
6 |
15 |
80 |
Фторопласт 4 |
Сталь 35 |
10,0 |
21 |
65 |
6 |
12 |
90 |
Фторопласт 4 |
Сталь 45 |
8,0 |
22 |
75 |
8 |
10 |
70 |
Фторопласт 4 |
Сталь 30 |
4,5 |
23 |
200 |
16 |
12 |
90 |
Фибра |
Сталь 30 |
2,0 |
24 |
150 |
12 |
15 |
60 |
Фибра |
Сталь 35 |
3,0 |
25 |
125 |
10 |
20 |
55 |
Фибра |
Сталь 40 |
6,0 |
26 |
100 |
8 |
25 |
70 |
Фибра |
Сталь 45 |
5,0 |
27 |
70 |
6 |
16 |
50 |
Фибра |
Сталь 30 |
4,0 |
28 |
175 |
18 |
35 |
65 |
Фибра |
Сталь 45 |
7,5 |
29 |
250 |
20 |
30 |
72 |
Фибра |
Сталь 40 |
2,5 |
30 |
350 |
24 |
32 |
90 |
Фибра |
Сталь 35 |
3,5 |
10