3. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Задача 3.1. Определить диаметр и число цилиндрических штифтов штифтового соединения (рис. 3.1) из расчета на прочность по напряжениям среза и смятия, если допускаемые напряжения равны, соответственно:

для материала штифтов: напряжение среза [τ]СР; смятия [σШТ]СМ; для материала листов напряжение смятия [σЛ]СМ.

Скрепляемые листы имеют толщину h1 и h2. Поперечная сила равна

P.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
[τ]СР, МПа	180	100	80	90	110	120	170	160	140	150
[σШТ]СМ, МПа	340	190	150	150	160	170	310	290	260	280
[σЛ]СМ, МПа	240	160	170	160	80	110	130	200	300	220
h1, мм	10	10	15	13	14	18	16	12	13	20
h2, мм	20	15	20	14	16	22	19	18	17	25
P, кН	0,8	0,9	0,6	0,7	0,5	1	1,1	1,2	1,4	1,5

Задача 3.2. Определить диаметр и число цилиндрических штифтов штифтового соединения (рис. 3.2) из расчета на прочность по напряжениям среза и смятия, если допускаемые напряжения равны соответственно:

для материала штифтов: среза [τ]СР; смятия [σШТ]СМ; смятия для материала листов: для листов 1 и 3 [σЛ13]СМ; для лис-

та 2 [σЛ2]СМ.

Скрепляемые листы имеют толщину h1, h2 и h3. Поперечная сила равна P.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
[τ]СР, МПа	100	110	120	130	90	70	80	90	140	150
[σШТ]СМ, МПа	160	170	170	200	150	120	130	140	220	230
[σЛ13]СМ, МПа	80	90	100	110	70	50	70	80	110	130
[σЛ2]СМ, МПа	90	100	90	120	80	60	60	70	120	100
h1, мм	10	11	12	13	13	15	14	13	13	10
h2, мм	20	25	30	28	32	34	26	20	20	25
h3, мм	15	14	13	14	15	16	20	17	12	15
P, кН	2,5	2	3,5	3	1,5	2	1	3,5	4	4,5

28

Рис. 3.1	Рис. 3.2

Задача 3.3. Крутящий момент МКР передается от вала диаметром d на втулку через призматическую шпонку. Соединение нормальное неподвижное ответственное. Длина втулки lВТ = 1,5d. Подобрать для шпонки (Шпонка b×h×l ГОСТ 23360-78) ширину b, высоту h и длину l. На основании расчета прочности определить, при каком значении коэффициента запаса прочности k (k > 1) допустимо применение шпоночного соединения. Допускаемые напряжения равны, соответственно:

напряжения для материала шпонки: смятия [σШП]СМ; среза

[τ]СР=0,6×[σШП]СМ;

напряжение смятия для материалов вала и втулки: [σВТ]СМ.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
МКР, Н×м	1	3	5	10	25	60	150	300	350	450
d, мм	7	9	11	14	18	24	32	40	46	52
[σШП]СМ, МПа	90	100	80	110	140	130	120	140	130	100
[σВТ]СМ, МПа	100	110	110	100	130	120	140	130	140	120

Задача 3.4. Для данных задачи 3.3 определить минимальную длину призматической шпонки, при которой шпоночное соединение будет работоспособным (Шпонка 2–b×h×l ГОСТ 23360-78). Коэффициент запаса прочности k = 2.

Задача 3.5. Определить длину l швов (рис. 3.3), крепящих швеллер (ГОСТ 8240-97), нагруженный на конце моментом M. Материал – сталь Ст.2, электрод Э42. Допускаемые напряжения для Ст.2: растяжение/сжатие [σ]Р = 140 МПа; срез в сварном шве [τ]СР = 84 МПа. Катеты швов: горизонтальных – K1, вертикального – K2.

29

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
M, кН×м	0,24	0,22	0,2	0,26	0,18	0,15	0,12	0,1	0,3	0,27
Швеллер №	20а	18	16а	22	14а	12	10	8	27	24
K1, мм	10	9	8	10	7	6	5	4	12	11
K2, мм	4	4	4	4	4	3	3	3	4	4

Задача 3.6. Определить длину l, l1, l2 швов, крепящих уголковый прокат толщиной d (ГОСТ 8509-93) к косынке (рис. 3.4), нагруженный поперечной силой P. Соединение равнопрочное. Материал – сталь Ст.2, электрод Э42. Допускаемые напряжения для Ст.2: растяжение/сжатие [σ]Р = 140 МПа; срез в сварном шве [τ]СР=84 МПа. Катет шва K.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P, кН	15	20	23	14	10	10	8	6	16	22
Профиль №	10	12,5	14	10	9	8	7	6,3	12,5	16
d, мм	14	12	10	10	8	7	6	5	9	14
K, мм	10	9	8	7	6	5	4	3	6	9

Рис. 3.3

Рис. 3.4

Задача 3.7. Рассчитать длину флангового шва пластины, нагруженной поперечной силой P и моментом Mизг (рис. 3.5), при запасе прочности n. Материал – сталь Ст.2, электрод Э42. Допускаемые напряжения для Ст.2: растяжение/сжатие [σ]Р = 140 МПа; срез в сварном шве [τ]СР = 84 МПа. Катет шва K.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P, кН	10	5	4	6	20	7	9	12	8	15
MИЗГ, Н×м	1	1,5	1	1	1,5	1	1,5	1	1	1,5
n	2	1,5	1	2,5	2	3	1,5	2	1,5	2
К, мм	5	4	3	6	10	7	5	8	5	10

30

Задача 3.8. Для данных из задачи 3.7 рассчитать длину лобового шва пластины, нагруженной поперечной силой P и моментом Mизг (рис. 3.6), при запасе прочности n. Материал – сталь Ст.2, электрод Э42. Допускаемые напряжения: срез в сварном шве [τ]СР = 84 Мпа; для стали Ст.2 растяжение/сжатие [σ]Р = 140 МПа. Катет шва K.

Рис. 3.5

Рис. 3.6

Задача 3.9. Рассчитать болты, соединяющие электродвигатель с подмоторной рамой (рис. 3.7). Расчет произвести для двух случаев: а) с чистыми болтами; б) с черными болтами. Данные для расчета:

усилие, действующее на электродвигатель F; угол направления силы α;

размеры основания a×b;

расстояние от осей болтов до кромок основания c; высота от основания до оси вала электродвигателя h; число болтов z = 4; материал болтов сталь – сталь Ст.3;

материал корпуса электродвигателя и рамы – чугун, допускаемое напряжение смятия [σ]СМ=120 МПа;

коэффициент трения f = 0,2.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	5	6	4	7	5	8	6	7	4	5
α, градусы	30	45	40	15	25	30	50	20	60	45
a, мм	240	300	200	300	200	300	240	320	200	200
b, мм	720	900	600	900	600	900	720	960	600	600
c, мм	90	100	80	100	80	100	90	120	80	90
h, мм	500	600	450	500	550	650	450	600	400	450

Задача 3.10. Рассчитать болты для стягивания диска фрикционной муфты со ступицей (рис. 3.8). Расчет произвести для двух случаев: а) чистые болты; б) черные болты. Данные для расчета:

передаваемый крутящий момент MКР;

31

частота вращения n = 100 об/мин; посадочный диаметр наружный D; посадочный диаметр внутренний D1; толщина дисков муфты и ступицы δ;

допускаемое напряжение на растяжение/сжатие для материала дисков муфты и ступицы [σ]Р = 125 МПа;

число болтов z = 6; материал болтов – сталь Ст.3; коэффициент трения между диском и ступицей f = 0,2.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
MКР, кН×м	1	0,9	1,1	0,8	1,2	1,3	0,9	1	0,7	1,4
D, мм	120	110	140	100	130	140	120	110	130	160
D1, мм	50	50	70	40	80	90	40	40	70	90
δ, мм	10	8	11	7	12	13	8	9	6	15

Рис. 3.8

Рис. 3.7

Задача 3.11. Произвести проверочный расчет болтов, соединяющих крышку с фланцем трубопровода высокого давления (рис. 3.9). Между крышкой и фланцем установлена упругая прокладка. Данные для расчета:

избыточное давление P; внутренний диаметр трубы DВН; толщина фланца l1;

толщина крышки l2; толщина прокладки l3; длина резьбы в пакете l4;

32

материал болтов, фланца и крышки – сталь 12Х18Н9Т, допускаемое напряжение [σ]Р = 250 МПа, Е = 200 ГПа; материал прокладки – фторопласт-4, Е = 0,38–0,45 ГПа;

число болтов с метрической резьбой z; диаметр отверстия под болт d0; размер гайки под ключ S.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P, МПа	3	2	2,5	4	4,5	3,5	5	2,5	3	2
DВН, мм	250	350	300	170	150	200	130	250	200	300
l1, мм	20	25	30	15	15	15	15	25	20	25
l2, мм	15	20	25	15	15	15	10	20	15	25
l3, мм	6	6	6	4	4	5	4	5	4	6
l4, мм	5	6	8	4	4	5	3	6	4	7
Резьба	М22	М20	М24	М18	М16	М20	М16	М20	М18	М20
z	20	26	24	12	16	16	10	18	14	26
d, мм	22,2	20,2	24,4	18,2	16,1	20,3	16,2	20,4	18,3	20,3
S, мм	32	30	37	27	22	27	24	30	27	30

Рис. 3.9

33

Задача 3.12. Рассчитать сварной разделительный сосуд к системе охлаждения кассет с препаратом 60Co для универсальной радиационной установки типа К-120000. Предельное давление – P; внешний диаметр – DВ, высота – H; материал – сталь 12Х18Н10Т, допускаемые напряжения [σ]Р = 125 МПа, [τ]СР = 75 МПа.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P, МПа	3	2	2,5	3,5	2	4	3	3,5	2,5	4
DВ, мм	100	100	150	100	200	80	150	150	100	100
H, мм	150	200	150	200	250	150	200	150	150	100

34