Детали машин. Метод. указ.к конт раб

3

Введение

Студенты заочного факультета, изучающие дисциплину «Детали машин», выполняют одну контрольную работу, включающую три задачи, тематика которых соответствует основным разделам теоретического курса. Решение каждой из задач является выполнением простейшей проектной процедуры, позволяющей или определить необходимые размеры проектируемого объекта, или оценить его работоспособность.

При решении задач студент обязан обеспечить прежде всего надежность и экономичность проектируемого объекта (изделия). Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Экономичность изделия определяется стоимостью материала, затратами на производство (изготовление) и эксплуатацию.

Решение задач следует начинать с выбора критериев работоспособности проектируемого объекта, главными из которых являются прочность (статическая или усталостная) и жесткость. На статическую прочность рассчитывают детали резьбовых, шпоночных, штифтовых и шлицевых соединений, сварные соединения. Оценку диаметров валов также производят по критерию статической прочности. На усталостную прочность (выносливость) рассчитывают зубчатые и червячные передачи, валы передач. На жесткость в рамках данной контрольной работы проверяются только червяки червячных передач. Действие переменных нагрузок на сварные соединения учитывается специальными коэффициентами, понижающими допускаемые напряжения.

Методы решения проектных задач в курсе «Детали машин» основаны на замене реальных конструкций идеализированными моделями или расчетными схемами с присущими им допущениями. Так, при решении задач по критерию прочности несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. В результате этого расчет становится приближенным.

В приближенных расчетах большое значение имеют правильный выбор расчетной схемы, умение оценить главные и отбросить второстепенные факторы. Погрешности инженерных (приближенных) расчетов существенно снижаются при правильном выборе допускаемых напряжений или коэффициентов запаса прочности, которые студент определяет, пользуясь рекомендациями соответствующих разделов учебной и справочной литературы. Выбор коэффициентов запасов прочности становится весьма ответственным этапом расчета. Занижение значений запасов прочности приводит к разрушению деталей, а завышение – к неоправданному увеличению массы изделия и перерасходу материала.

Обучение студентов умению самостоятельно выбирать расчетные схемы, критерии прочности и недостающие расчетные параметры проектируемых объектов является главной целью данной контрольной работы.

4

1 Общие указания

Первая задача предполагает проектирование одного из видов или комбинации двух видов изучаемых в теоретическом курсе соединений. В решении должны быть приведены необходимые расчетные схемы (модели), на основании которых по заимствованным из рекомендованной литературы зависимостям определяются необходимые размеры элементов соединений. При ее решении следует руководствоваться соответствующими разделами учебников [1, 2], а также методическими указаниями [3, 4].

Необходимо принять во внимание следующее. Стержень установленного с зазором болта при любой внешней нагрузке на соединение (параллельной или перпендикулярной плоскости стыка соединяемых деталей) рассчитывается на растяжение. При внецентренной нагрузке он, кроме растяжения, подвергается изгибу моментом, равным произведению осевой силы на расстояние между осью болта и точкой приложения реакции.

Величина создаваемой при затяжке винта (болта) осевой силы связана прямо пропорциональной зависимостью с величиной приложенного к винту момента.

Угловые сварные швы рассчитывают на срез, причем вектор суммарного напряжения находится в бисекторной плоскости сварного шва.

Вторая задача предполагает проектирование одноили двухступенчатой механической передачи одного вида или комбинации передач двух видов. В решении должны быть указаны выбранные для изготовления деталей передач материалы, определены или обоснованно (со ссылками) приняты допускаемые напряжения и выполнены полный анализ (проектный и проверочный расчет) передач и рабочий чертеж элемента передачи. Задача решается с помощью необходимых разделов учебников [1, 2] и методических указаний [5].

Для проектирования зубчатой или червячной передачи необходимо предварительно определить ее передаточное число и величину передаваемой нагрузки (крутящего момента на входе или выходе передачи). Крутящий момент на входе передачи может быть определен по мощности и частоте вращения приводного двигателя или моменту, передаваемому предохранительным устройством, а на выходе передачи – как момент, создаваемый нагружающим устройством или передаваемый заданными шпоночным, шлицевым, штифтовым соединениями, а также предохранительной муфтой.

Передаточное число передачи может быть определено не только как отношение чисел зубьев колеса и шестерни или частот их вращения, но и как отношение вращающих моментов на ведомом и ведущем валах передачи с учетом ее КПД.

При оценке долговечности передачи определяют число циклов нагружения из выражения для коэффициента долговечности, значение которого находят, в свою очередь, из формулы для определения допускаемых напряжений, принимаемых равными действующим (рабочим) напряжениям.

При выполнении задач 1 и 2 следует обращать внимание на характер

5

исходных данных. Если они сформированы так, что заданными являются размеры проектируемого объекта, то требуется выполнить его проверочный расчет: определить действующие в опасных сечениях напряжения и сравнить их с допускаемыми. Если же исходные данные сформированы так, что заданы действующие на проектируемый объект нагрузки (или данные, позволяющие их определить) и некоторые его функциональные размеры, то необходимо определить размеры проектируемого объекта в опасном сечении и затем (при необходимости) привести их в соответствие с действующими нормативными документами.

Третья задача предполагает проектирование одного (наиболее нагруженного) вала спроектированной при решении второй задачи передачи и подбор для него подшипников качения. В решении должна быть приведена расчетная схема вала и эпюры основных внешних силовых факторов, выполнены анализ (проектный и проверочный расчет) вала, проверка подшипников качения по динамической грузоподъемности и рабочий чертеж вала. Необходимые для ее решения теоретические сведения приведены в [1, 2, 6].

Решать задачу 3 рекомендуется в следующем порядке: оценивают диаметр вала; задают его линейные размеры; составляют расчетную схему, на которой обязательно указывают силы в зацеплении, определенные в задаче 2, силу в муфте и опорные реакции; определяют величины и строят эпюры изгибающих и крутящего моментов; намечают два содержащих различные концентраторы напряжений опасных сечения и для них определяют коэффициенты запаса усталостной прочности, которые сравнивают с допускаемыми; делают необходимые выводы о прочности вала; по принятым диаметрам посадочных мест в зависимости от действующих нагрузок подбирают и затем проверяют по динамической грузоподъемности подшипники качения.

2 Содержание и правила оформления

Для каждой задачи должны быть приведены исходные данные (рисунок и заданные параметры), текст решения с необходимыми расчетными схемами и ссылками на использованные источники. Формулы должны быть записаны в общем виде так, как они приведены в источнике, затем вместо условных обозначений должны быть подставлены численные значения параметров и только затем должен быть записан полученный результат.

Решения задач должны быть четко и аккуратно оформлены и изложены в машинописном или рукописном виде на писчей бумаге формата А4 с соблюдением требований, предъявляемых к текстовым документам (объем не устанавливается). В тексте решений должны содержаться правильно оформленные ссылки на источники, содержащие использованные в ходе решения справочные материалы и формулы. Допускается оформлять контрольную работу в школьной тетради с соблюдением вышеуказанных требований.

Рабочие чертежи выполняются в полном соответствии с требованиями ЕСКД на листах чертежной бумаги формата А3.

6

3 Задания для контрольной работы

Задание 1

Задача 1. Крышка подшипника крепится к корпусу шпильками с резьбой d (рисунок 1, таблица 1). Исходя из условия равнопрочности шпильки и резьбы в корпусе, определить отношение допускаемых напряжений [τ]ср / [σ]р если отношение l / d = К. Найти минимальную глубину завинчивания шпильки.

Задача 2. Определить усилие Fп прижатия колодок к шкиву нагружающего устройства, а также долю от предельной нагрузки указанного подшипника радиальной нагрузки, создаваемой испытываемой передачей (рисунок 2, таблица 2). Выполнить рабочий чертеж колеса передачи.

Задача 3. По данным задачи 2 рассчитать ведомый вал редуктора и подобрать для него по ГОСТу подшипники качения. Выполнить рабочий чертеж вала.

7

Задание 2

Задача 1. Определить силу F для двух вариантов крепления рычага к ступице болтами с диаметром d (рисунок 1, таблица 1).

Задача 2. Подобрать двигатель и спроектировать передачу привода винтового пресса при заданных шаге резьбы р; скорости башмака пресса V и усилии на башмаке F (рисунок 2, таблица 2). Выполнить рабочий чертеж колеса передачи.

Задача 3. По данным задачи 2 рассчитать ведомый вал редуктора и подобрать для него по ГОСТу подшипники качения. Расстоянием между подшипниками задаться. Привести рабочий чертеж вала.

8

Задание 3

Задача 1. Болты, стягивающие разрезную втулку, нагревают до 180 оС, затем вводят в отверстие и заворачивают гайки до соприкосновения с фланцами (не затягивая). При остывании болты стягивают фланцы (тепловая затяжка). Определить усилие затяжки одного болта Fзат, если задан его диаметр. Температура окружающего воздуха составляет 20 оС. Принять, что в процессе сборки болты охлаждаются на t оС, фланцы считать недеформируемыми и их нагрев не учитывать. Болты рассматривать как стержни постоянного сечения d (рисунок 1, таблица 1).

Задача 2. Определить ширину зубчатых колес передачи, нагружаемой предохранительным устройством на 80 % от номинальной нагрузки (рисунок 2, таблица 2). Подобрать двигатель. Выполнить рабочий чертеж колеса передачи.

Задача 3. По данным задачи 2 рассчитать ведомый вал редуктора и подобрать для него по ГОСТу подшипники качения. Расстоянием между подшипниками задаться. Привести рабочий чертеж вала.

9

Задание 4

Задача 1. Подобрать болты клеммового соединения. Коэффициент трения между валом и ступицей рычага f, число болтов z. Болт изготовлен из стали, затяжка неконтролируемая. Момент сил трения должен быть на 25 % больше момента от силы F. Силы трения принять сосредоточенными в точках, лежащих на оси симметрии рычага (рисунок 1, таблица 1).

Задача 2. Спроектировать муфту, определить размеры c и t и подобрать штифт предохранительного устройства, способного обеспечить нагрузку передачи 90 % от номинальной (рисунок 2, таблица 2). Подобрать двигатель. Выполнить рабочий чертеж колеса передачи.

Задача 3. По данным задачи 2 рассчитать ведомый вал редуктора и подобрать для него по ГОСТу подшипники качения. Расстоянием между подшипниками задаться. Привести рабочий чертеж вала.

10

Задание 5

Задача 1. Стержни 1 и 3 соединены резьбовой муфтой 2, соединение нагружено силами F. Определить, какая из деталей является наиболее нагруженной и где её опасное сечение. Определить величину предельной нагрузки [F], если резьба всех деталей соединения метрическая с крупным шагом, материал – сталь 45 (рисунок 1, таблица 1).

Задача 2. Определить долговечность элементов зубчатой передачи (рисунок 2, таблица 2). Выполнить рабочий чертеж колеса передачи.

Задача 3. По данным задачи 2 и указанию руководителя рассчитать ведомый вал редуктора и подобрать для него по ГОСТу подшипники качения. Моменты на выходных валах распределяются пропорционально передаточным числам передач. Расстоянием между подшипниками задаться. Привести рабочий чертеж вала.