Задание 1.1.1.
Рассчитать заклепочное соединение, находящееся под действием постоянной растягивающей нагрузки Р. Определить ширину листа b; диаметр заклепок d; ширину шага t; расстояние от центра заклепок до свободных кромок t1 и t2; коэффициент прочности φ. Дать эскиз соединения.
Дано: однорядный шов внахлест, Р=50000 Н, S=10 мм, материал заклепок – сталь 2, материал соединения листов – сталь 3, обработка отверстий – продавлены.
Решение:
-
Определяем допускаемые напряжения
а) для материала конструкции при растяжении [σ]р=160,0 МПа, при работе на смятие [σ]см=240,0 МПа;
б) для заклепок при срезе [τ]ср=140,0 МПа, при смятии [σ]см=320,0 МПа.
-
Определяем предварительно ширину листа
-
Площадь сечения листа, ослабленную отверстиями под заклепки, необходимо усилить увеличением ширины b
где φ –коэффициент прочности
Окончательную ширину листа принимаем b=470 мм.
-
Для данного случая находим следующие соотношения: d=2S; t=3d; t1=2d, тогда находим d=2*10=20 мм.
По ГОСТу выбираем ближайший размер заклепок и отверстий под них d=22 мм, d0=24мм.
Тогда t=3*22=66 мм
t1=2*22=44 мм.
-
Определяем число заклепок в соединении в одном ряду
принимаем n1=7 шт.
-
Проверяем заклепки на срез и смятие, так как усилие распространяется между заклепками равномерно. То допускаемая нагрузка на одну заклепку будет
Расчетное напряжение среза
Расчетное напряжение смятия
σсм<[σ]см = 320,0 МПа для заклепок
Рисунок 1 - Однорядный шов внахлестку
Задание 1.2.1.
Рассчитать длину фланговых швов l1 и l2.
Дано: уголок №2, 20*20*4; z0=0,64, материал – сталь 3; Р=8 кН, тип сварки – ручная, Э – 34.
Решение:
-
Допускаемое напряжение при растяжении для материала уголка принимаем [σ]р = 160,0 МПа.
-
Допускаемое напряжение среза для фланговых швов при ручной сварке:
[τ]ср=0,50[σ]р=0,50*160,0=80,0 МПа.
-
Расчетный размер катета фланговых швов принимаем, исходя из толщины уголкового профиля к=4мм. Общую длину фланговых швов l определяем из следующего уравнения:
С учетом технологических дефектов и некоторым запасом принимаем l=360 мм.
-
Положение центра тяжести профиля уголка №2 z0=0,64 мм, следовательно, осевая линия делит полку в соотношении 6,4:13,6. Разделив общую длину фланговых швов в этом же отношении, определим величины l1 и l2:
Рисунок 2 - Сварное соединение
Задание 1.3.1.
Рассчитать крепление зубчатого колеса к ступице. Определить диаметр чистых болтов и проверить соединение на напряжение смятия.
Дано: зубчатое колесо редуктора, скрепленное со ступицей, 6 нестандартными болтами передает мощность N=5 кВт при числе оборотов n=3000 об/мин; толщина фланцев S=5 мм; S1=5 мм; болты размещены по диаметру Dб=100 мм и поставлены под развертку; марка материала – сталь 3; допускаемое напряжение смятия фланца колеса и болтов [σ]см=67 МПа.
Решение:
-
Определяем допускаемое напряжение для болтов. Так как болты будут посажены под развертку, они будут работать на срез. Для данного случая:
[τ]ср=(0,2-0,3)σт=0,2*220=44,0 МПа
σт=220 МПа
-
Определяем нагрузку, передаваемую одним болтом соединения. По условиям задачи:
Откуда окружное усилие
Расчетное усилие на один болт будет
-
Находим расчетный диаметр болта d0, исходя из формулы
-
Проверяем напряжение смятия в соединении при рабочей толщине фланца S=5мм
Рисунок 3 - Крепление зубчатого колеса к ступице
Задание 1.3.2.
Определить расчетную нагрузку и диаметр болтов крепления сильно затянутого фланцевого соединения.
Дано: давление в цилиндре Р=2,0 МПа, число болтов Z=20 шт, диаметр цилиндра Dц=400 мм, материал болтов – сталь 45, нагрузка на фланец переменная от 0 до max.
Решение:
-
Определяем расчетную нагрузку Ррасч, приходящуюся на один болт. Общее усилие Р определяем по следующей формуле:
Следовательно, внешняя нагрузка на один болт будет
В данном соединении жесткость значительно меньше жесткости болта, тогда
-
Определяем допускаемое напряжение для материала болтов. Для стали 45 σт=340,0 МПа. Далее принимая величину отношения при переменной нагрузке
Получим
-
На основании величин Ррасч и [σ]р находим расчетное сечение болтов
Принимаем по ГОСТ 9150 – 59 номинальный диаметр резьбы №36.
Рисунок 4 - Сильно затянутое болтовое соединение
Задание 2.1.1.
Рассчитать клиноременную передачу от асинхронного двигателя к компрессору.
Дано: передаваемая мощность N=10 кВт, число оборотов двигателя n1=3000 об/мин, число оборотов вала компрессора n2=500 об/мин, межцентровое расстояние l=1,0 м. передача работает одну смену в сутки. Пусковая нагрузка (ПВ) до 120% нормальной.
Решение:
-
По заданной мощности подбираем сечение ремня типа Б.
Размеры сечения профиля Б принимаем следующие: а=17 мм, ар=14 мм, h=10,5 мм, F=138 мм2.
-
Выбираем из стандартного ряда диаметр меньшего шкива Dм=140 мм, диаметр большего шкива определяем по следующей формуле с учетом коэффициента скольжения Е.
По стандарту принимаем Dб=800 мм.
-
Определяем скорость ремня
-
Так как межцентровое расстояние задано, проверяем его из условия соотношения
или
Следовательно, заданная величина l соответствует рекомендуемым нормам.
-
Определяем длину ремня
Где
Откуда L=2*1000+1475.8+108.9=3584.7 мм
Полученное расчетное значение L округляем до ближайшего стандартного размера сечения Б принимаем L=3550 мм.
-
Определяем число пробегов ремня U в секунду
, что соответствует рекомендованным нормам U≤10.
-
По принятой стандартной длине ремня L находим окончательное межцентровое расстояние
-
Определяем угол обхвата α
Что удовлетворяет нормам.
-
Определяем окружное усилие
-
Определяем число ремней Z, предварительно подсчитав необходимые коэффициенты
Ср=1.
Находим при σ0=1,5МПа следовательно k0=1,67 МПа, тогда
[k]=k0*Cα*Cv*Cр=1,67*0,88*0,81*1=1,19 МПа.
Необходимое число ремней