Расчет на прочность деталей машин

Напряжение на поверхности шарика

		см	21 3	Fa	cм , МПа.	(16.4.3.3)
				dш2 tg
Допускаемое напряжение [ ]см=50 МПа.
Далее производят по максимальному усилию расчет пружины.
Ход пружины 2=	dш	1...2,	мм; dш =(0,3…0,4)d – диаметр			шарика, мм;
2

d– диаметр вала, мм.

16.4.4.Муфта кулачковая предохранительная самодействующая

Вотличие от управляемой кулачковой предохранительной муфты данная муфта (рис. 93) срабатывает самостоятельно под действием пружины при превышении расчетного момента, здесь также как и для предыдущих муфт, расчет сводится к выбору пружины, обеспечивающей замыкание кулачков. Ход пружи-

ны	при срабатывании		при перегрузках должен	быть	равен	2=b+1…2,	мм;
b – длина кулачка, мм.
			h
	b		Fa
						д
						d
	1	Tp				D
	D		d
	Рис. 93. Муфта кулачковая предохранительная самодействующая

Расчетный крутящий момент на муфте

Tp=1,25T , Нм, (16.4.4.1)

где T – крутящий момент на валу.

Усилие пружины в начале срабатывания муфты

F	2Tp	[tg( )	Dср	f ], Н,	(16.4.4.2)
a	D		d
	ср

где α = 30°…45° – угол профиля кулачков;=8o30' …11o20' – угол трения на кулачках;

f = 0,12…0,15 – коэффициент трения между подвижной полумуфтой и шлицевым валом;

151

f = 0,25…0,3 – коэффициент трения между подвижной полумуфтой и валом

	со шпонкой;
	Dср – средний диаметр кулачков;
	d – диаметр вала.
	Усилие пружины в конце срабатывания муфты
	Fa2= 1,1…1,2 Fa , Н.				(16.4.4.3)
	Напряжение смятия на гранях кулачков
	см		2Tp	[ ]см , МПа,	(16.4.4.4)
			Dср zbh

где z – число кулачков; b=(0,6…0,1)D1 – ширина кулачка; h – высота кулачка. Напряжение изгиба кулачка

	и		5Tpbz		[ ]и , МПа.	(16.4.4.5)
				D3h
			1
Допускаемое напряжение на смятие и изгиб кулачков выбирают по табл. 83.
	Допускаемые напряжения					Таблица 83
Допускаемые	Материал и термическая обработка
напряжения,	Сталь 45				Сталь 40Х	Сталь 20Х
МПа	ГОСТ 1050-88			ГОСТ 4543-71		ГОСТ 4543-71
	(200…230) HB			(40…45) HRC		(58…62) HRC
Смятия [ ]см	5				20	30
Изгиба [ ]и	50				13	11

Пружину при монтаже устанавливают с предварительным сжатием на величину

8F с3m		, мм,	(16.4.4.6)
=	а

Gdпр

где Fа – сила сжатия пружины; с – индекс пружины;

m – число рабочих витков пружины;

G – модуль упругости материала пружины; dпр – диаметр проволоки.

16.4.5. Центробежная муфта (колодочная)

Центробежные муфты (рис. 94) автоматически сцепляют и расцепляют валы при достижении заданной скорости вращения. Рабочие поверхности колодок муфты покрывают фрикционным материалом. При возрастании угловой скорости ведущего вала под действием центробежных сил колодки отжимаются от центра и прижимаются к внутренней поверхности ведомой полумуфты, замыкая муфту.

152

Tp

р	D
с
D

Рис. 94. Муфта центробежная (колодочная)

Вес колодок подбирается так, чтобы при работе сила трения могла передать окружное усилие и не допускала проскальзывания ведомой полумуфты.

Центробежная сила, прижимающая колодку,

Fц=m 2	Dср
	2 , Н,	(16.4.5.1)

где m=G – масса колодки; G – вес колодки, кг; q =9,8 м/с2 – ускорение свободно- q

го падения;
=		n		– угловая скорость ведущего вала, рад/с; n – частота			вращения
30
вала, мин–1;
	Dср
			– радиус центра тяжести колодки, мм.
	2
Момент, передаваемый муфтой,
				Tp= Fцzf	D	, Нмм,	(16.4.5.2)
2
где z – число колодок;
f – коэффициент трения;
D – диаметр рабочей поверхности ведомой полумуфты, мм.

16.4.6 Обгонная муфта

Обгонные муфты (рис. 95) называют муфтами свободного хода, так как они автоматически замыкаются при направлении вращения в одну сторону и размыкаются при противоположном вращении, эти муфты допускают обгон ведущего вала ведомым.

Количество роликов выбирают n=3…8; диаметр роликов d D , D – диаметр

8

рабочей поверхности обоймы; длина ролика l=(1,5…2)d, угол =7° – угол расположение центра ролика относительно центра обоймы муфты; α=15°…17° – угол наклона толкателя к ролику (рис. 96).

153

0

D

Tp

Рис. 95. Муфта обгонная
Применяются чаще всего фрикционные роликовые обгонные муфты.
2		d
Q
Q
2
h
	a
	D

Рис. 96. Элемент построения обгонной муфты

Высота внутренней полумуфты до линии контакта с роликом h.

h=

D d

cos

d

, мм.

(16.4.6.1)

2

2

Плечо силы, действующей на ролик а

а =

D

sin

, мм.

(16.4.6.2)

Сила, действующая на ролик

2

2

2Tp , Н.

Q =

(16.4.6.3)

nDsin

2

Контактное напряжение между роликом и звездочкой

Н=0,85

Q

[ Н], МПа,

(16.4.6.4)

dl

где [ Н] =1500 Н/мм2 – допускаемое контактное напряжение.

154

			17. Заклепочные соединения
Заклепочные соединения применяют для изделий из разнородных материалов
при недоступности сварки, для конструкций из легких сплавов и для конструк-
ций, когда при сварке неизбежная деформация [2, 14].
Преимущества заклепочных соединений: надежность, повышенная сопротив-
ляемость ударным и вибрационным нагрузкам, соединение деталей из трудно-
свариваемых деталей.
Недостатки: повышенная трудоемкость и ослабление сечений при сверлении
отверстий под заклепки.
				Fa ,кН		1	2	3
ГОСТ 10299-80		ГОСТ 14798-85			800
					750
	D		D
				h	700
h					650					4
					600
	d				550					5
			d		500
Fa ,кН	1	2	3		450
200					400
					350
150				4	300
					250
				5
100					200
					150
50					100
				d,мм	50					d,мм
0	2	4	6		0	10	12	14	16
				8	8					18
	а)						б)
	Рис. 97. Номограммы для определения усилия клепки:
	а) для диаметра тела заклепки до 8 мм;
	б) для диаметра тела заклепки св. 8 мм

155

Усилие для формирования головки заклепки определяется по формуле
	F			в D2			(1	D	)10	3	, Н,			(17.1)
		2,2
	a		2 d2				6hпр
						2
где в – предел прочности металла.				D
Величина припуска для образования головки заклепки
			hпр =h(0,5+2h2/3D2), мм.											(17.2)
На рис. 97 а, б приведены графики для определения усилия клепки головок
заклепок; 1 – для	Стали	20 ( в=400			Н/мм2); 2				– для			сталей		марок 10, 15
( в=340 Н/мм2); 3 – для сталей марок Ст.2, Ст.3								( в=320 Н/мм2); 4 – для латуни
марки Л63, алюминия марки D18 ( в=300 Н/мм2); 5 – для меди марок М1, М2,
М3 ( в=240 Н/мм2).
Определение усилия развальцовки пустотелых заклепок с плоской головкой.
			s				d
	D
F, кН	1		2				3
30
20
10
0
1	2	3	4	5			6		7			8	9	d, мм
Рис. 98. График зависимости усилия развальцовки
	от диаметра пустотелой заклепки

На рис. 98 приведены графики для определения усилия развальцовки заклепок по ГОСТ 12639-80:

1 – для Стали 20 ( в=250 Н/мм2); 2 – для Стали 10 ( в=210 Н/мм2); 3 – для латуни марки Л63 и алюминия марки D18 ( в=180 Н/мм2).

156

Библиографический список

1.Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. – М.–Л.: Машгиз, 1960.

2.Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т.– М.: Машиностроение, 2000.

3.Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. – М.: Машиностроение, 1985.

4.Детали машин. Расчет и конструирование: Справочник: В 3-х т./ Под ред. Н.С. Ачеркан – М.: Машиностроение, 1969.

5.Детали машин. Справочник: В 3-х т.–М.: Машиностроение, 1969.

6.Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 1992.

7.Кудрявцев В. Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1980.

8.Киргер И.А., Иссилевич Г.В. Резьбовые соединения. – М.: Машиностроение, 1973.

9.Кучер А.М. Расчет и конструирование специализированных металлорежущих станков. – Л.: Машиностроение, 1952.

10.Левитский Н.И. Кулачковые механизмы. – М.: Машиностроение, 1964.

11.Подшипники качения: Справочное пособие/ Под ред. К.А. Сницина, Л.И. Спришевского. – М.: Машиностроение, 1961.

12.Поляков В. С., Барбаш И. Д. Справочник по муфтам. – Л.: Машинострое-

ние, 1979.

13.Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин. – М.: Машиностроение, 1974.

14.Решетов Д Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1975.

15.Румянцев А.В. Технология изготовления кулачков. – Л.: Машинострое-

ние, 1969.

16.Ремни приводные нормальных сечений. ГОСТ 1284.1-80.

17.Справочник металлиста: В 5-ти т./ Под ред. И.С. Ачеркана. – М.: Машиностроение, 1965. – Т.1.

18.Справочник металлиста: В 3-х т./ Под ред. С.А. Чернавского. – М.: Машиностроение, 1976. – Т.1.

19.Проектирование механических передач./ Чернавский С. А., Снесарев Г.А., Козинцов Б.С. и др., – М.: Машиностроение, 1984.

20.Чернин И.М., Кузьмин А.В. Расчёты деталей машин: Справочник. – Минск: Высшая школа, 1974.

157

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………....….3

1.Система измерений……………………………………………………………….3

2.Общие сведения о материалах ……………………………………..……………3

3.Упругие характеристики и механические свойства материалов……..………. 5

3.1.Упругие и физико-механические свойства материалов ………………….5

3.2.Стандарты на материалы по химическому составу……………………….9

3.3.Стандарты на неметаллические материалы ……………………………..10

3.4.Допускаемые напряжения при расчётах на прочность …………………11

3.5.Виды термической обработки……………………………………………..21

4.Трение различных материалов сопрягаемых поверхностей …………………22

4.1.Смазочные материалы …………………………………………………….24

4.2.Коэффициенты трения при контакте обрабатываемого изделия

сустановочными или зажимающими элементами…………………………………27

4.3.Определение усилия, необходимого для перемещения груза ………….27

4.4.Коэффициенты полезного действия (КПД)………………………………29

5. Расчет и проектирование элементов механизмов …………………………….32

5.1.Конструирование валов ……………………………………………………33

5.2.Шпоночные соединения (вал ступица)……………………………………33

5.3.Посадки для шпоночных соединений ……………………………………34

5.4.Расчет соединения вал-ступица …………………………………………. 35

5.5.Шлицевые соединения…………………………………………………….37

5.6.Расчет шлицевых соединений……………………………………………..42

5.7.Соединение с гарантированным натягом…………………………………43

5.8.Определение усилий напрессовки и снятия колец подшипников………47

6. Резьбовые соединения, расчет резьбовых соединений ………………………48

6.1.Проверочный расчет резьбового соединения на статическую прочность …………………………………………………………………………...52

6.2.Расчет усталостной прочности ………………………….………………...55

6.3.Расчет болта нагруженного растягивающей и поперечной силами……56

6.4.Расчет ходовых винтов…………………………………………………….59

6.5.Расчет винта на устойчивость…………………………………………….62 7. Зажимные устройства……………………………………………………………62

7.1.Клиновой механизм с трением скольжения на скошенной и нескошенной поверхностях………………………………………………………66

7.2.Винтовые зажимы………………………………………………………….66

7.3.Зажим цанговый……………………………………………………………68

7.4.Зажим эксцентриковый……………………………………………………70 8. Шарнирно-рычажные механизмы (усилители)……………………………….. 73 9. Кулачковые механизмы………………………………………………………….76

9.1.Кинематический анализ кулачкового механизма………………………..78

9.2.Определение наибольшего допустимого угла подъема профиля дискового кулачка…………………………………………………………………. 79

9.3.Определение углов быстрых ходов……………………………………… 86

9.4.Определение скорости и ускорения башмака……………………………93

9.5.Расчет усилий в кулачковых механизмах………………………………...94

158

10.Мальтийские механизмы………………………………………………………..95

10.1.Расчет мальтийского механизма…………………………………………..96

10.2.Силовой расчет мальтийского механизма………………………………..98

10.3.Конструкция поворотного стола со встроенным мальтийским

крестом………………………………………………………………………………101

11.Храповый механизм…………………………………………………………….102

11.1.Расчет храпового колеса…………………………………………………..103

11.2.Расчет собачки……………………………………………………………..103

12.Гидроцилиндры …………………………………………………………………103

12.1.Расчет гидроцилиндра на прочность……………………………………...104

12.2.Номограммы………………………………………………………………..106

13.Ременные передачи………………………………………………………………103

13.1.Расчет ременных передач………………………………………………....112

13.2.Расчет сил ременных передач……….…………………………………….123

13.3.Напряжения в ременных передачах……………………………………..125

14.Цепные передачи………………………………………………………………..126

14.1.Расчет приводной роликовой цепи……………………………………….126

14.2.Выбор параметров цепи и коэффициентов режима работы…………….127

15.Подшипники скольжения……………………………………………………….132

15.1.Расчет радиального подшипника скольжения, работающего при полусухом или полужидкостном трении………………………………………….132

15.2.Расчет упорного подшипника скольжения, работающего при полусухом или полужидкостном трении………………………………………….133

16.Муфты……………………………………………………………………………136

16.1.Муфты глухие………………………………………………………………137

16.1.1.Муфта втулочная…………………………………………………….137

16.1.2.Муфта фланцевая……………………………………………………138

16.2.Муфты компенсирующие…………………………………………………139

16.2.1.Муфта упругая втулочно-пальцевая……………………………….139

16.2.2.Муфта упругая со звездочкой……………………………………..140

16.2.3.Муфта с торообразной оболочкой…………………………………141

16.2.4.Муфта зубчатая……………………………………………………..141

16.2.5.Муфта шарнирная…………………………………………………..142

16.3.Муфты управляемые……………………………………………………….143

16.3.1.Муфта кулачковая…………………………………………………..143

16.3.2.Муфта фрикционная………………………………………………..144

16.3.3.Конусная фрикционная муфта……………………………………..145

16.3.4.Электромагнитная фрикционная муфта…………………………..146

16.4.Муфты предохранительные самоуправляемые…………………………147

16.4.1.Муфта со срезным штифтом……………………………………….147

16.4.2.Муфта фрикционная многодисковая………………………………148

16.4.3.Муфта пружинно-шариковая………………………………………150

16.4.4.Муфта кулачковая предохранительная самодействующая……….151

16.4.5.Центробежная муфта (колодочная)………………………………..152

16.4.6.Обгонная муфта……………………………………………………..153

17.Заклепочные соединения……………………………………………………….155 Библиографический список.…………………………………….…………..…157

159