- •Введение
- •1. Расчёт винтовых механизмов
- •1.1. Расчет винтовой пары
- •1.1.1. Выбор расчетной нагрузки
- •1.1.2. Материалы и допускаемые напряжения винта и гайки
- •1.1.3. Выбор типа резьбы
- •1.1.4. Расчёт резьбовой пары на износ
- •1.1.5. Выбор шага резьбы
- •1.1.6. Проверка витков резьбы на прочность
- •1.1.7. Конструирование и проверочный расчет элементов гаек
- •1.1.8. Расчет винта на прочность и устойчивость
- •1.2. Расчёт прочих деталей винтового механизма
- •1.2.1. Разработка опорных узлов винтового механизма
- •1.2.2. Разработка узла рукоятки
- •1.2.3. Расчеты направляющего устройства
- •1.2.4. Расчёт салазок для горизонтального перемещения груза
- •1.2.5. Расчет прочих деталей винтовых механизмов
- •1.2.6. Определение кпд винтового механизма
- •2. Расчёт соединений винтовых механизмов
- •2.1. Шпоночные, шлицевые (зубчатые) и штифтовые соединения
- •2.1.1. Конструктивные разновидности шпоночных соединений
- •2.1.2. Призматические врезные шпонки
- •2.1.3. Сегментные шпонки
- •2.1.4. Призматические направляющие шпонки
- •2.1.5. Призматические скользящие шпонки
- •2.1.6. Расчёт на прочность ненапряжённых шпоночных соединений
- •2.1.7. Конструктивные разновидности шлицевых соединений
- •2.1.8. Прямобочные шлицевые соединения
- •2.1.9. Эвольвентные шлицевые соединения
- •2.1.10. Расчёт на прочность шлицевых соединений
- •2.1.11. Штифтовые соединения
- •2.2. Сварные соединения
- •2.2.1. Типы сварных соединений в зависимости от расположения свариваемых деталей различают соединения:
- •2.2.2. Расчёт на прочность стыковых сварных соединений
- •2.2.3. Расчет на прочность центрально нагруженных нахлесточных (валиковых) сварных соединений
- •2.2.4. Расчёт на прочность нахлесточных (валиковых) сварных соединений, нагруженных моментом в плоскости стыка деталей
- •Шов простой
- •Шов комбинированный
- •2.2.5. Расчёт на прочность нахлесточных (валиковых) сварных соединений, нагруженных нецентрально приложенным усилием
- •Соединений, нагруженных нецентрально приложенным усилием
- •2.2.6. Расчёт на прочность нахлесточных (валиковых) сварных соединений, нагруженных отрывающим усилием
- •При нагружении отрывающим усилием
- •2.3. Резьбовые соединения
- •2.3.1. Расчёт на прочность болта затянутого болтового соединения в отсутствие внешней нагрузки
- •2.3.2. Расчёт затянутого болтового соединения, нагруженного нецентрально приложенным сдвигающим усилием
- •Нецентрально приложенным сдвигающим усилием с установкой болтов в отверстия с зазором
- •2.3.3. Расчет болтов клеммовых соединений
- •Расчет клеммового соединения, нагруженного крутящим моментом
- •2.3.4. Расчёт затянутого болтового соединения, нагруженного осевым усилием
- •Податливость болтов
- •Податливость деталей
- •2.3.5. Расчёт сложно нагружённого болтового соединения
- •Расчет усилия затяжки болта из условия отсутствия сдвига
- •Примерный порядок расчёта сложно нагруженной группы болтов
- •2.3.6. Расчёт соединений с заклёпками или болтами, поставленными в отверстие без зазора
- •Действующих в соединении
- •3. Принципы конструирования винтовых механизмов
- •3.1. Общие приёмы конструирования
- •3.2. Общие технологические соображения при конструировании
- •3.2.1. Выбор рациональной формы деталей
- •3.2.2. Применение стандартов при конструировании
- •3.3. Технологические соображения, связанные с механической обработкой деталей
- •И согласовано (б) с возможностью его обработки
- •3.4. Конструктивные соображения при проектировании
- •К онсольного нагружения пролётным
- •Р ис. 3.17. Устранение ослабления втулки
- •При затяжке резьбовых соединений
- •По условию сборки
- •3.5. Правила конструирования корпусных деталей
- •3.5.1. Толщина стенок отливки
- •3.5.2. Требования, предъявляемые к конструкции отливок, связанные с технологией изготовления литейных форм
- •3.5.3. Конструирование сварных деталей
- •3.6. Правила разработки чертежей
- •3.6.1. Сборочные чертежи
- •3.6.2. Рабочие чертежи
- •Библиографический список
- •Приложение
- •На основании данных расчета разработать сборочный чертеж и рабочие чертежи винта, гайки и корпуса в масштабе 1:1.
- •Оглавление
3.4. Конструктивные соображения при проектировании
Ни одна деталь не может быть сконструирована вне узла, в который она входит. Поэтому детали получают форму и размеры в процессе разработки конструкции узлов.
При разработке узлов учитываются как технологические, так и конструктивные соображения. Последние направлены на получение конструкций деталей, обладающих высокой прочностью, компактностью, жёсткостью, износостойкостью, удобством сборки-разборки и другими полезными свойствами. Основные конструктивные соображения изложены ниже.
С точки зрения величины напряжений, самым выгодным видом нагружения является нагружение центральной силой, самым невыгодным – нагружение моментом. Это положение убедительно доказывается расчетными схемами, приведенными на рис. 3.10.
При одинаковых нагружающем усилии и размерах стержня в случае изгиба (рис. 3.10а) напряжения в 18 раз (!) больше, чем в случае сжатия (рис. 3.10б). Поэтому при разборке узлов стараются устранять изгиб, заменяя его центральным растяжением или сжатием. На рис. 3.11а, в, д показаны узлы с нагружением деталей изгибом. На рис. 3.11б, г, е показаны те же узлы с конструктивными изменениями, полностью устраняющими изгиб.
Если изгиб устранить не удается, стремятся уменьшить его величину путём сближения опор при пролётном нагружении (рис. 3.12 б) или уменьшением консоли при консольном нагружении (рис. 3.13 б).
На рис. 3.14 показана возможность уменьшения изгиба путём замены консольного нагружения пролётным.
При изгибе, кручении и сложных напряженных состояниях напряжения по сечению распределяются неравномерно. Они имеют максимальную величину в крайних точках сечения. В центре сечения (при кручении) или по нейтральному слою (при изгибе) напряжения снижаются до нуля.
Путем удаления металла из наименее нагруженных участков сечения и сосредоточения его в наиболее нагруженных местах (на периферии сечения) можно почти выровнять напряжения по сечению. При этом снижается масса детали благодаря приближению ее формы к условию равнопрочности.
О снижении массы можно судить по рис. 3.15 [4], изображающему ряд профилей с одинаковой площадью сечения (а, следовательно, с одинаковой массой). Профили расположены в порядке возрастания осевого момента сопротивления. Последний увеличивается за счёт разнесения металла к периферии. При одинаковой массе последний профиль (двутавр) при изгибе прочнее первого профиля (массивного круга) в 5,2 раза при принятых на рисунке соотношениях размеров. Следовательно, при одинаковой прочности двутавровая деталь будет легче круглой массивной.
Из сказанного вытекает, что при изгибе следует предпочитать сечения деталей с разнесённой к периферии площадью – трубы круглые и прямоугольные, двутавр, тавры, швеллеры и т. п. При кручении применимы только замкнутые профили (трубы).
Концентрация напряжений, возникающая вследствие резких переходов сечений, может вызвать появление усталостной трещины и разрушение детали.
Для уменьшения концентрации напряжений улучшают геометрию мест переходов. Например для зубчатых колёс и эвольвентных шлицев предусматривают радиусы закругления у основания зубьев (рис. 3.16 б, в).
Геометрию переходов валов улучшают галтелями (рис. 3.16 е, з) и разгрузочными канавками (рис. 3.16 ж, и). Галтели эллиптические эффективнее круговых (радиусных). Разгрузочные канавки (рис. 3.16 и) уменьшают концентрацию напряжений на кромках втулки, вызванную посадкой с натягом.
Геометрию переходов целесообразно улучшать только при переменных нагрузках. Так, заплечик (рис.3.16 д), недопустимый при переменных нагрузках, допустим (и даже целесообразен по технологическим соображениям) при постоянных нагрузках.
Местные ослабления резко снижают прочность деталей вследствие уменьшения сечений и особенно из-за концентрации напряжений. Обычно местные ослабления устраняются перемещением ослабляющего элемента в область сечений большего размера. Втулка (рис. 3.17 а) ослаблена двумя расположенными в одной плоскости проточками для выхода режущего инструмента. Размещение проточек в разных плоскостях (рис. 3.17. б) устраняет это ослабление.
Р ис. 3.13. Уменьшение изгиба за счет изменения длины консоли
Рис. 3.14. Уменьшение изгиба за счет замены