- •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.