
- •Вопрос 1. . Основные задачи курса. Методология проектирования. Стадии разработки и этапы работ при проектировании
- •Вопрос 2. Критерии работоспособности деталей и машин
- •Вопрос 3. Материалы, применяемые в самолето- и машиностроении.
- •Вопрос 4. Запасы прочности и допускаемые напряжения в расчетах на прочность деталей машин и летательных аппаратов.
- •Вопрос 5. Соединения. Классификация соединений. Расчет и конструирование разъемных соединений
- •Вопрос 6. Резьбовые соединения. Область применения и характеристики. Геометрия. Материалы.
- •8)Шпоночные, шлицевые, профильные соединения. Область применения. Методы расчета на прочность.
- •Вопрос 10
Вопрос 3. Материалы, применяемые в самолето- и машиностроении.
ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ – первый важный этап проектирования. Для выбора материала, инженерам необходимо принимать во внимание множество важных свойств материалов.
Вопрос 4. Запасы прочности и допускаемые напряжения в расчетах на прочность деталей машин и летательных аппаратов.
После выбора материала детали, чтобы обеспечить надежность и долговечность следует провести расчет на прочность и проверить условие:
Для деталей машин широко распространены расчеты не по допускаемым напряжениям, а по коэффициентам запаса прочности:
Вопрос 5. Соединения. Классификация соединений. Расчет и конструирование разъемных соединений
Каждая машина получается в результате сборки деталей, осуществляемой с помощью неподвижных и подвижныхсоединений. Часть производственного процесса, заключающаяся в соединении готовых деталей, сборочных единиц, узлов и агрегатов в изделия, называется сборкой. Соединения, при разборке которых нарушается целостность составных частей изделия, называют неразъёмным. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые, посадки с натягом. Предельное состояние, когда становиться возможной потеря его работоспособности, называется нагрузочной способностью. Разъемными называют соединения, которые можно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей. К разъемным соединениям относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые соединения.
Классификация соединений Виды соединений: 1. По возможности относительного перемещения деталей: - подвижное; - неподвижное. 2. По сохранению целостности деталей: - разъёмное; - неразъёмное. 3. По форме спрягаемых поверхностей: плоское; цилиндрическое; коническое; винтовое; сферическое; профильное. 4. По методу образования, определяемого процессом получения соединения или конструкцией соединяющей детали: клёпанное, паяное, прессовое, шпоночное, клиновое и сварное, клееное, резьбовое, шлицевое, проектирование соединений ответственная задача, так как разрушения в машинах происходят в большинстве случаев в местах соединений. Соединения также как и детали машин рассчитываются на прочность.
Разъёмными называют соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделий. Наиболее распространёнными в машиностроении видами разъёмных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные.
Вопрос 6. Резьбовые соединения. Область применения и характеристики. Геометрия. Материалы.
Резьбовым называют соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу. Резьба получается прорезанием на поверхности стержня канавок при движении плоской фигуры – профиля резьбы (треугольника, трапеции и т.д.)
Достоинства резьбовых соединений 1) универсальность, 2) высокая надёжность, 3) малые габариты и вес крепёжных резьбовых деталей, 4) способность создавать и воспринимать большие осевые силы, 5) технологичность и возможность точного изготовления.
Недостатки
резьбовых соединений
1) значительная концентрация напряжений в местах резкого изменения поперечного сечения; 2) низкий КПД подвижных резьбовых соединений.
Классификация резьб
1) По форме поверхности, на которой образована резьба (рис. 4.3.1): - цилиндрические; - конические.
Рисунок 4.3.1 Виды резьбы по форме поверхности
2) По форме профиля резьбы: - треугольные (рис.4.3.2.а), - трапециидальные (рис. 4.3.2.б), - упорные (рис.4.3.2.в), - прямоугольные (рис.4.3.2.г) и - круглые (рис. 4.3.2.д).
Рисунок 4.3.22 Формы профиля резьбы
3)
По направлению винтовой линии: правая
и левая.
4) По числу заходов:
однозаходные,
многозаходные (заходность определяется
с торца по количеству сбегающих
витков).
5) По
назначению:
-крепёжные,
-крепёжно-уплотняющие,
-резьбы
для передачи движения.
Крепежные
резьбы применяют в резьбовых соединениях.
Они имеют треугольный профиль, который
характеризуется большим трением,
предохраняющим резьбу от самоотвинчивания,
высокой прочностью и
технологичностью.
Крепежно-уплотняющие
резьбы применяют в соединениях, где
требуется герметичность. Эти резьбы
также треугольного профиля, но без
радиальных зазоров.
Резьбы для
передачи движения применяются в винтовых
механизмах и имеют трапецеидальный или
прямоугольный профиль, который
характеризуется меньшим трением.
Основные
геометрические параметры резьбы
Наружный
диаметр болта d, гайки D (рис.4.3.3.3);
внутренний
диаметр болта d1, гайки D1;
средний
диаметр болта d2, гайки D2;
угол
профиля a;
шаг резьбы р – расстояние
между одноименными сторонами двух
соседних витков в осевом направлении
;
ход резьбы рh = zp – расстояние
между одноименными сторонами одноименными
сторонами одного и того же витка в осевом
направлении; число заходов z;
угол
подъёма резьбы
(
чем больше заходность резьбы, тем больше
угол подъема резьбы).
Рисунок 4.3.3 Геометрические параметры резьбы
Материалы крепежных деталей
Материалы болтов выбирают в соответствии с классом прочности:
3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 6.9, 8.8, 10.9, 12.9, 14.9
Первое число * 100=
Первое число * второе число=
Гайки имеют 7 классов прочности:
4, 5, 6, 8,10,12, 14
Число, обозначающее класс * 100= испытательной нагрузке/сечение болта
Выбор материала зависит от условий работы (диапазона температур, среды, характера нагружения) и от требований надежности.
Углеродистые стали
Титан ВТ-16, ВТ-14, бериллиевые сплавы (высокие требования к массе, коррозионной стойкости)
Ниобиевые сплавы ВН-2 жаростойки, но не обладают хладноломкостью
Покрытия:
Кадмиевое – для стальных деталей
Цинковое – в среде топлива
Анодное оксидирование – для титанов и алюминиевых сплавов
7.Критерии
работоспособности. Расчет элементов
резьбы на прочность. Расчет групповых
болтовых соединений.
Критерии
работоспособности резьбы и резьбовых
соединений. Расчёт резьбы на
прочность
Основным
критерием работоспособности крепёжных
резьбовых соединений является
прочность. При
расчёте резьбы условно считают, что все
нитки резьбы нагружены одинаково, а
неточность в расчёте компенсируют
значением допустимого напряжения.
Условие
прочности резьбы на срез имеет вид:
где
Q – осевая сила,
Аср –
площадь среза витков нарезки.
Условие
прочности резьбы на смятие имеет вид:
где Асм – условная площадь смятия. Расчёт незатянутых болтов
Условие
прочности нарезанной части стержня на
растяжение имеет вид:
Расчёт
затянутых болтов
Согласно
условию прочности
запишем
где
Qрасч =
1,3Q,
допускаемое
напряжение при растяжении.
Допускаемые
напряжения
при
расчёте на растяжение:
при
расчёте на срез:
при
расчёте на смятие:
Расчет резьбы на прочность
П
ри
расчете резьбы на прочность принимают
следующее допущение: все
витки резьбы нагружаются равномерно
(хотя теоретическими и экспериментальными
исследованиями установлено, что для
гайки с шестью витками первый виток
резьбы воспринимает 52 % всей осевой
нагрузки, второй — 25 %, третий — 12 %,
шестой — только 2 %).
Расчет резьбы по напряжению среза. Проверочный расчет. Условие прочности
, где
—
расчетное напряжение среза в резьбе;
—
допускаемое напряжение среза в
резьбе.
Для винта :
для
гайки
здесь F —
осевое усилие, действующее на
болт; d1 — внутренний
диаметр резьбы; d — наружный
диаметр резьбы; Н
— высота
гайки;
—
коэффициент, учитывающий тип резьбы
(K=0,8
— для треугольной резьбы; К= 0,5
— для прямоугольной и К= 0,65
— для трапецеидальной резьбы).
Проектировочный расчет (рассматривается случай, когда материал гайки и винта одинаков). Задавшись типом резьбы и определив диаметр при проектном расчете, можно определить высоту гайки:
Стандартные крепежные изделия на прочность резьбы не рассчитывают.
Расчет групповых болтов
(при условии болты нагружены одинаково, например, крепление крышек, подшипников, круглых крышек сосудов и т. п.). В этом случае определяют силу, действующую на один болт:
(25)
где
—
внешняя сила, действующая на группу
болтов; z — число
болтов группы.
По формулам
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
производят проверочный или проектировочный расчеты для одного болта. Все болты принимают одинаковых размеров. В зависимости от конструкции группового болтового соединения формула (25) может быть видоизменена.
Расчет группы болтов, нагруженных неодинаково (например, крепление корпусов подшипников к металлоконструкции, машин фундаментными болтами и т. п.), производят по наиболее нагруженному болту. По вышеуказанной методике определяют размеры этого болта, а остальные, болты, как правило, принимают тех же размеров. Так часто делают для упрощения конструкции узла. Внешнюю силу, приходящуюся на наиболее нагруженный болт, в каждом конкретном случае определяют в соответствии со схемой нагружения.