Задание 2
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА ФЕРМЫ
Ферма – это стержневая система, все элементы которой работают в условиях растяжения-сжатия. Она состоит из прямых стержней и нагружена в узлах соединения стержней между собой.
В задании 2 рассматривается узел раскосной фермы с дополнительными стойками (рис. 1) или одно раскосной фермы (рис. 2). Стержни фермы составлены из двух одинаковых прокатных профилей, соединенных между собой регулярными поперечными планками и работающих совместно (варианты а, б, в на рис. 1 и 2), или одиночные (варианты г, д, е на рис. 1 и 2). В узлах стержни фермы соединяются при помощи косынок, изготовленных из листового проката. Как правило, узлы фермы являются сварными, выполненными электродуговой сваркой, или заклепочными.
Геометрические и силовые параметры для 30 вариантов задания 1 представлены в табл. 1, где обозначения соответствуют рис. 1 и 2.
Целью задания 2 является выбор размеров всех элементов узла фермы, а также определение катетов и длин сварных швов (количества и размеров заклепок), соединяющих каждый стержень фермы с косынкой.
Рис. 1. Схема
раскосной фермы и варианты конструктивного
исполнения ее стержней
Задание 2 оформляется в виде чертежа формата А3 и расчетно-пояснительной записки.
Рис. 2. Схема
однораскосной фермы и варианты
конструктивного исполнения ее стержней
Выполнение задания производится в следующем порядке:
1. По геометрическим размерам фермы и заданным силам определяются неизвестные усилия в стержнях узла фермы аналитическим и геометрическим способами, полученные результаты сравниваются.
Геометрическое определение усилий выполняется на чертеже в масштабе 1 см – 10 кН, причем обход узла фермы производится по часовой стрелке, начиная с той силы, после которой встречается наибольшее количество известных. При правильном построении многоугольник сил должен быть замкнут. Определение знака силы производится по правилу: если вектор в многоугольнике сил направлен к узлу, то соответствующий стержень сжат, а от узла — растянут.
2. По усилиям в элементах фермы подбираются из сертификата сечения стержней заданного профиля. При этом минимальная площадь сечения растянутых стержней определяется из условия прочности (по допускаемым напряжениям ), а сжатых – из условий прочности (по , где — коэффициент продольного изгиба для центрально сжатых стержней) и устойчивости (по минимальным радиусу инерции Материал фермы — сталь марки Ст.3 с пределом текучести МПа. Коэффициент запаса n =1,4.
В зависимости от степени ответственности стержня в конструкции допускаются следующие максимальные значения гибкостей: для сжатых поясов фермы = 120; для сжатых раскосов и стоек =150.
,
где l – расчетная длина стержня,
rmin – минимальный радиус инерции, соответствующий минимальному моменту инерции для сечения рассматриваемого стержня площадью F.
Таблица 1
Варианты задания 2
№ вар. |
№ рис.со схемой |
Параметры |
||||||
, м |
, кН |
, кН |
, кН |
, кН |
, кН |
|||
1 |
1, |
а |
1,0 |
10 |
-100 |
-40 |
|
|
2 |
1, |
б |
1,0 |
10 |
-120 |
-60 |
|
|
3 |
1, |
в |
1,0 |
10 |
-140 |
-80 |
|
|
4 |
1, |
г |
1,0 |
10 |
|
|
-110 |
80 |
5 |
1, |
д |
1,0 |
10 |
|
|
-130 |
40 |
6 |
1, |
е |
1,0 |
10 |
|
|
-150 |
60 |
7 |
2, |
а |
1,2 |
10 |
|
|
-110 |
-80 |
8 |
2, |
б |
1,2 |
10 |
|
|
-130 |
-40 |
9 |
2, |
в |
1,2 |
10 |
|
|
-150 |
-60 |
10 |
2, |
г |
1,2 |
10 |
-100 |
-40 |
|
|
11 |
2, |
д |
1,2 |
10 |
-120 |
-60 |
|
|
12 |
2, |
е |
1,2 |
10 |
-140 |
-80 |
|
|
13 |
1, |
а |
1,4 |
15 |
|
|
-100 |
-70 |
14 |
1, |
б |
1,4 |
15 |
|
|
-120 |
-30 |
15 |
1, |
в |
1,4 |
15 |
|
|
-140 |
-50 |
16 |
1, |
г |
1,4 |
15 |
-110 |
30 |
|
|
17 |
1, |
д |
1,4 |
15 |
-130 |
50 |
|
|
18 |
1, |
е |
1,4 |
15 |
-150 |
70 |
|
|
19 |
2, |
а |
1,6 |
15 |
-110 |
-30 |
|
|
20 |
2, |
б |
1,6 |
15 |
-130 |
-50 |
|
|
21 |
2, |
в |
1,6 |
15 |
-150 |
-70 |
|
|
22 |
2, |
г |
1,6 |
15 |
|
|
-100 |
70 |
23 |
2, |
д |
1,6 |
15 |
|
|
-120 |
30 |
24 |
2, |
е |
1,6 |
15 |
|
|
-140 |
50 |
25 |
1, |
а |
1,8 |
20 |
-160 |
-90 |
|
|
26 |
1, |
б |
1,8 |
20 |
-180 |
90 |
|
|
27 |
1, |
в |
1,8 |
20 |
-200 |
100 |
|
|
28 |
2, |
а |
2,0 |
20 |
|
|
-200 |
-90 |
29 |
2, |
б |
2,0 |
20 |
|
|
-160 |
90 |
30 |
2, |
в |
2,0 |
20 |
|
|
-180 |
100 |
Расчетная длина сжатого стержня ( ) зависит от профиля его сечения и конструктивного исполнения фермы: при опасности потери устойчивости стержня под любым углом из плоскости фермы считается, что косынки не препятствуют его изгибу и тогда = 1, а при потере устойчивости в плоскости фермы косынки препятствуют изгибу, создавая упругую заделку, при этом = 0,8.
При подборе стержней по сортаменту необходимо стремиться к максимальному использованию их несущей способности по допускаемым напряжениям.
Для непрерываемого на косынке пояса фермы окончательный номер профиля проката принимается соответствующим более мощному из стержней, подобранных слева и справа от косынки.
Из технологических соображений толщина привариваемых элементов фермы не должна быть меньше 4 мм.
3. По усилиям в стержнях фермы рассчитываются сварные швы присоединения к косынке. Так как пояс фермы; представляет собой один неразрезной элемент, то расчет швов, крепящих его к косынке, производится по разности усилий, действующих слева и справа от косынки.
Допускаемые напряжения для материала швов .
Катеты сварных швов принимаются не менее 4 мм и не более , где — наименьшая толщина соединяемых элементов. Обычно катет шва равен толщине привариваемого элемента фермы.
Длина отдельных швов приварки стержня к косынке должна выбираться таким образом, чтобы линия действия равнодействующей сил, передаваемых сварными швами, совпадала с линией центров тяжести стержня.
Расчетная длина швов с каждой стороны стержня должна быть не менее 50 мм и не более 50 катетов шва. Если при компоновке узла получение необходимой длины швов с каждой стороны от оси элемента окажется конструктивно неудобным, то можно применить швы с разными катетами.
Окончательная длина каждого шва должна увеличиваться на 10 мм по, сравнению с расчетной, так как в начале и в конце шва может наблюдаться, непровар. Для прерывистых швов такое увеличение длины принимается для каждого отрезка шва.
4. Выполняется чертеж сварного узла фермы.
На чертеже в масштабе изображается главный вид узла фермы с указанием всех размеров, необходимых для его изготовления, включая размеры сварных швов и поперечное сечение одного из стержней фермы в месте соединения его с косынкой.
При конструировании узла фермы, линии центров тяжести поперечных сечений всех сходящихся в узле стержней должны пересекаться в одной точке — центре узла, так как в противном случае в элементах фермы появляется дополнительный изгиб. Для отсутствия скученности сварных швов, вредной с позиции сопротивления хрупкому разрушению, а также для удобства выполнения сварки края сходящихся в узле стержней не должны располагаться ближе 50 мм один от другого. Большое увеличение этих зазоров также нецелесообразно, так как ведет к утяжелению фермы и ухудшению условий работы косынки.
Форма и размеры косынки выбираются в зависимости от конструкции узла фермы, типа и размеров ее стержней, длин и размещения сварных швов. Косынка должна иметь наиболее простую для изготовления форму при наименьшей металлоемкости. Толщина косынки выбирается конструктивно в пределах 6—12 мм, но не меньше толщины присоединяемых к ней стержней. На чертеже должны быть указаны все размеры, необходимые для изготовления косынки.
Литература
Справочник по кранам. Под ред. М. М. Гохберга. В 2-х т. Л., «Машиностроение», 1988.
Г о х б е р г М. М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. Л, «Машиностроение», 1969.
Задание 3
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВАЛА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ
Объектом проектирования является промежуточный вал редуктора или другого агрегата, предназначенного для изменения параметров движения:- скорости вращения и величины крутящего момента.
Передача движения на рассматриваемый в задании промежуточный вал осуществляется от ведущего вала I (рис. 3) через пару цилиндрических зубчатых колес с передаточным числом . Крутящий момент от промежуточного вала передается через зубчатую пару с передаточным числом на ведомый вал II. В соответствии с заданием цилиндрические зубчатые колеса передачи выполняются прямозубыми или косозубыми и соединяются с валом при помощи шпонок, шлицев или изготовляются заодно с валом. Опорами вала служат подшипники качения, смонтированные в общем корпусе редуктора (рис. 3, а и 3, б) или в отдельных корпусах (рис. 3,б), крепящихся к элементам конструкции.
Параметры движения промежуточного вала, его геометрические характеристики и передаточные числа для 30 вариантов задания 2 представлены в табл. 2, где обозначения соответствуют рис. 3. Размеры , и выражены через ширину зубчатого колеса или шестерни , расположенных на промежуточном валу.
Рис. 3. Схемы
промежуточных лов зубчатых передач
Задание 2 оформляется в виде чертежа формата А1 и расчетно-пояснительной записки, включающей также и спецификацию деталей и узлов, изображенных на чертеже.
Порядок выполнения задания:
1. По заданным крутящему моменту и передаточным числам определяются размеры зубчатых передач из расчета: а) на выносливость поверхностей зубьев и б) на выносливость зубьев при изгибе. Расчет ведется по 1 случаю нагрузок для механизма подъема груза со средним режимом работы. Материал шестерен и зубчатых колес, их термообработка, а также допускаемые напряжения выбираются в соответствии со «Справочником по кранам».
Следует иметь ввиду, что размеры зубчатых колес промежуточного вала могут определяться выносливостью входящих с ними в зацепление колес ведущего и ведомого валов.
Таблица 2