Санкт-Петербургский Государственный Политехнический университет

Кафедра машиноведения и деталей машин

ОСНОВЫ РАСЧЁТОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Пояснительная записка

Курсовая работа

Студент группы 2033/2______________________________(А.А. Генералов)

Руководитель _______________________________(А.А. Ашейчик)

Санкт-Петербург

2011

Оглавление

Введение

1. Расчет детали на усталостную прочность

1. Техническое задание

2. Расчет коэффициента запаса прочности

2. Расчет напряженного резьбового соединения

2.1 Проектировочный расчет болта

2. Проверочный расчет болта на прочность

3. Проектирование узла привода

1. Энергокинематический расчет узла привода

2. Расчет косозубой цилиндрической передачи

1. Проектировочный расчет передачи по контактной выносливости зуба

2. Проверочный расчет зубьев на контактную выносливость

3. Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость

4. Проверочный расчет зубьев при перегрузках

3. Расчет размеров шестерни прямозубой цилиндрической передачи

4. Расчет и проектирование промежуточного вала на опорах качения

1. Проектировочный расчет вала

2. Выбор и проверочный расчет подшипников качения

3. Выбор и проверочный расчет шпонок

4. Проверочный расчет промежуточного вала

Список литературы

Приложение

Введение

Целью данной работы являлся расчет некоторых типовых деталей и узлов по критерию прочности.

Данная работа может быть разделена на три части.

В первой части проводится проверочный расчет штока паровой машины по критерию усталостной прочности.

Во второй части проводится проектировочный расчет напряженного резьбового соединения по критерию статистической прочности, а также проверочный расчёт болтового соединения по критерию усталостной прочности и герметичности.

Заключительная часть работы посвящена проектированию узла привода. В данном разделе осуществляется энергокинематический расчет узла привода, проектировочный расчет косозубой цилиндрической передачи по критерию контактной выносливости, проверочный расчет зубьев по критерию контактной и изгибной выносливости, проводится проектировочный расчет вала по критерию статической прочности вала на кручение, выполнен проверочный расчет подшипников качения по критерию динамической грузоподъемности, а также проектировочный расчет шпонок по критерию статическая прочность на смятие.

1.Расчёт детали на усталостную прочность

1.1. Техническое задание

Шток гидроцилиндра перемещает ползун в прямом и обратном направлениях с усилиями F1 и F2 соответственно.

Определить запас прочности шейки штока, если требуемый ресурс составляет 210⁵ двойных ходов.

Схема механизма

Рис. 1.1

Таблица 1.1

Исходные данные

№ варианта	d, мм	d1, мм	r, мм	F1, кН	F2, кН	Материал штока
3	25	32	2,5	45	40	Сталь 40Х

1.2. Расчёт коэффициента запаса прочности

В данном разделе необходимо определить фактический коэффициент запаса прочности штока гидроцилиндра, а также проверить условие прочности.

Вероятный вид разрушения – усталостная поломка.

Критерий расчёта – усталостная прочность.

Коэффициент запаса прочности может быть определён по формуле

S=, (1.1)

\где S – фактический коэффициент запаса; σ_пр – предельное напряжение, ; σ_max – максимальное фактическое напряжение, .

Максимальное фактическое напряжение σ_max определим по формуле

σ_max=, (1.2)

где F₁ – усилие штока при растяжении (рис 1.1), Н; A_min – минимальная площадь, мм².

Минимальную площадь опасного сечения штока найдём по формуле

A_min= , (1.3)

где d – диаметр опасного сечения, мм.

Подставив числа в формулу (1.3), найдём минимальную площадь опасного сечения штока

A_min== 490 мм²

Подставляя численное значение A_min в выражение (1.2), получаем

= = 91,8

Найдём σ_min по формуле

σ_min=, (1.4)

где F₂ – усилие штока при сжатии, Н.

Подставляем численные значения в выражение (1.4)

= = -81,6

Построим график изменения напряжения в штоке (рис. 1.2)

Цикл изменения напряжения

Рис. 1.2

Из рассмотрения рис. 1.2 следует, что в качестве предельных напряжений σ_прследует выбрать предел усталости при произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов , так как опыт эксплуатации подобных механизмов показывает, что причиной их

разрушения является усталостная поломка. определяется по формуле [1, с.33].

= < , (1.5)

где – предел усталости при произвольном цикле для детали и ограниченном числе циклов, ; – предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов для детали, ; R – коэффициент асимметрии цикла; – коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла.

Определим коэффициент ассиметрии цикла

R = (1.6)

R = = -0,890

Определим предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов по формуле [1, с.30]

= К₀ (1.7)

где К₀ – коэффициент, учитывающий количество циклов; – предел длительной выносливости для детали при симметричном цикле, , который определяется по формуле [1, с.20]

= (1.8) Учитывая материал штока – Сталь 40Х и зная, что = 670 , =500 [1, с.74], найдём предел выносливости гладкого стандартного образца по формуле [1, с.77]

= 0,4 = 270 (1.9)

Определим значение коэффициента снижения предела выносливости К, который учитывает влияние различных факторов, по формуле [1, с.21]

К = , (1.10)

где – коэффициент концентрации напряжений; – коэффициент, учитывающий масштабный фактор; – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности штока; – коэффициент, учитывающий упрочняющие технологии; – коэффициент, учитывающий анизотропию материалов.

Так как в данном случае деталью является шток, следовательно, заготовка представляет собой прокат вдоль волокон, то есть =1 [1, с.29]. Считая, что дополнительная обработка не производилась, принимаем = 1.

Определим по формуле [1,с.22]

= 1+q(, (1.11)

где q – коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений; – теоретический коэффициент концентрации напряжений.

Найдём по графику [1, с.78]. Учитывая, что = = 1,28 и = = 0,1, получаем = 1,68.

При = = 0,74 коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений q=0,9 [1, с.84]

Подставляя полученные значения в выражение (1.11), получаем

= 1+0,9 (1,68 - 1) = 1,61

Коэффициент при d =25 мм будет равен = 0,92 [1, с.85], а коэффициент при =670 и R = 20 мкм будет равен = 0,71 [1, с.85].

Подставим численные значения в формулу (1.10) и вычислим К

К = = 2,15

Подставляем численные значения в формулу (1.8) и вычисляем

= = 125

Определим К₀ по формуле [1, с.30]

К₀=, (1.12)

где – базовое число циклов напряжений, соответствующее точке перелома кривой усталости; N – число циклов; m – показатель степени кривой усталости.

принимаем равным = 210⁶ циклов [1, с.30].

Считая, что С=5+, определяем m по формуле [1, с.30]

m=== 6,0 (1.13)

Подставляем значения в выражение (1.12)

К₀= = 1,46

Подставляем значения в выражение (1.7), получаем

= 1251,46 = 183

Определим коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла по формуле [1, с.31]

=, (1.14)

где – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла, который может быть найден по эмпирической формуле [1, с.31]

= 0,02+210^-4= 0,02+210^-4670= 0,154 (1.15)

Подставляем численные значения в выражение (1.14)

== 0,071

Теперь может быть вычислен предел усталости в произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов .

Подставляем численные значения в выражение (1.5)

= = 192

Так как =192 =500, то == 192 .

Проверим условие прочности для данного штока

S [S] (1.16)

Вычисляем фактический коэффициент запаса прочности S по формуле (1.1), принимая =,получаем

S== 2,1

В данном случае, принимая во внимание то, что исходные данные и результаты расчёта имеют пониженную точность, назначаем нормативный коэффициент запаса прочности [S] равным 2,00 [1, с.87].

Таким образом видно, что S=2,1 [S]=2,00. То есть при изготовлении штока из стали 40Х по указанным в техническом задании размерам, будет обеспечено отсутствие усталостной поломки при заданных нагрузках и ресурсе в 210⁵ двойных ходов, без дополнительной обработки поверхности штока в опасном сечении.