RGR_1
.pdfМинистерство образованияи наукиРеспубликиКазахстан
Евразийский Национальный Университет им Л.Н.Гумилева
Кафедра"Транспорт,транспортнаятехника и технологии"
Детали машин Проектирование механизмов и машин
Расчетно-графическая работа №1
Методические указания По выполнению и оформлению Для студентов специальностей
Цель выполнения расчетно-графической работы: приобретение практических навыков проектирования соединений деталей машин.
Содержание задания. Предложенные в качестве задания на проектирование устройство или механизм представляют собой комбинацию различных элементарных соединений (сварного, резьбового, шпоночного, шлицевого, штифтового, прессового), а также (в некоторых заданиях) пары винт-гайка, включающих соединяемые детали (например, корпуса, основания, валы, ступицы, кронштейны и т.д.) и соединительные элементы (болт, сварные швы, штифты и т.д.), а также ходовой винт и ходовую гайку.
При выполнении задания необходимо:
для сварных соединений - определить размеры (катет и длину) сварных швов, при необходимости проверить прочность соединяемых деталей. Иногда длина сварного шва может определяться размерами свариваемых деталей (заданными или определяемыми прочностью этих деталей). В этом случае при проектировании соединения определяется катет сварного шва;
для резьбовых соединений - подобрать размеры (диаметр и длину) резьбы. В некоторых заданиях требуется определить момент завинчивания болта и длину гайки;
для шпоночных соединений - подобрать поперечные размеры и определить длину (рабочую и полную) шпонки;
для шлицевых соединений - подобрать серию, число, наружный и внутренний диаметры, ширину шлицев и определить рабочую длину шлицев:
для штифтовых соединений - определить диаметр и длину штифта. Иногда необходимо определить поперечные (измеряемые вдоль оси штифта) размеры соединяемых деталей. При использовании в качестве штифта ввертыша (резьбового стержня) необходимо определить диаметр его резьбы и длину;
для прессового соединения - подобрать посадку соединяемых деталей и определить усилие запрессовки (распрессовки) деталей:
для пары винт-гайка - подобрать резьбу ходового винта и определить: длину гайки; приложенный к винту момент завинчивания; размеры деталей, посредством которых момент сообщается винту рабочим, или число рабочих, способных привести устройство в действие. Для винтов, работающих на сжатие, выполнить проверку устойчивости.
В задании на проектирование может содержаться требование анализа работы устройства, соединения или их элементов при изменении внешних условий.
При проектировании необходимо:
1)выделить элементарное соединение, включающее соединяемые детали и соединительные элементы, или пару винт-гайка;
2)установить, какими внешними силовыми факторами (силами, моментами) нагружены элементарное соединение или резьбовая пара и определить места (точки) прило-
жения внешних силовых факторов; |
|
3) идентифицировать для каждого элементарного соединения расчетный |
слу- |
чай: |
|
-сварное соединение — в соответствии с таблицей 1, -резьбовое соединение - в соответствии с таблицами 2 и 3,
-шпоночное и шлицевое соединения - поскольку эти соединения предназначены только для передачи крутящего момента, то при их проектировании рассматривается только один расчетный случай: соединение нагружено крутящим моментом, рабочие поверхности испытывают деформации смятия;
-штифтовое соединение — эти соединения предназначены для восприятия поперечных к оси штифта нагрузок и при их проектировании также рассматривается только один расчетный случай: поперечная нагрузка вызывает срез штифта и смятие рабочей поверхности наиболее слабой детали;
-прессовое соединение может быть нагружено осевой силой и крутящим моментом и при его проектировании решаются две задачи: подбор посадки и определение силы запрессовки (распрессовки);
-пара винт-гайка (резьбовая пара) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и одновременного получения больших осевых сил,
поэтому резьба для них подбирается по критерию износостойкости; |
|
|
и составить расчетную схему; |
|
|
4) |
по имеющимся в рекомендованной литературе |
расчетным зависи- |
мостям оценить требуемые условиями задания размеры или параметры; |
||
5) |
привести полученные оценки в соответствии с требованиями |
нормативных до- |
кументов: стандартов, справочников и т.п. |
|
|
|
Таблица 1 – Расчетные случаи проектирования сварных со- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагружающие факторы |
|
|
||
Тип сварногсо шва (соединения) |
|
|
|
|
|
Напряже- |
|
Сила |
|
Момент |
|
Сила и момент |
|||
|
|
ние в шве |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схемы нагружения и эпюры напряжений |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лобовой |
|
|
|
|
|
Среза |
Внахлестку |
|
|
|
|
|
|
|
Фланговый |
|
|
|
|
|
Среза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Комбинированный |
|
|
|
|
|
Среза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стыковой |
|
|
|
|
|
|
Втавр |
|
|
|
|
|
|
|
Угловой |
|
|
|
|
|
Среза |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 – расчетные случаи проектирования резьбовых соединений
Схема соединения и действия сил |
Расчетные зави- |
|
симости |
||
|
Болт затянут. Внешняя нагрузка отсутствует
Внешняя нагрузка раскрывает стык деталей
Таблица 3 – Расчетные случаи проектирования резьбовых соединений
в плоскости стыка |
детали) |
|
Болты установлены с зазором |
|
|||
Нагрузка действует |
(сдвигает |
|
|
|
Болты установлены без зазора |
||
|
плоскости |
|
детали) |
|
|
||
|
перпендикулярна |
|
(раскрывает стык |
|
Нагрузка |
|
стыка |
|
|
|
|
Схема соединения и действия сило- |
Расчетные зависимо- |
вых векторов |
сти |
FЗАТ = FСДВf max
d1 |
= |
1.3 4 FЗАТ |
||
π |
[σ] |
|||
|
|
d = |
4 |
FСДВmax |
|
π [τср ] |
δ = FСДВmax
d[σсм ]
σЗАТ = k(σN +σM )
F = σЗАТ AСТ
ЗАТ Z
FP = FЗАТ + χ(FN + FM )
d1 = 1.3 4[ F]Р
π σ
Примервыполнениярасчетно-графическойработы№1
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Сварнаястойкаустановленанабетонном основании.
1 Необходимо дать заключение о пригодности намеченных конструктором болтов для креплениястойки.
2 Определить напряжения в сварных швах у основания стойки.
Примечания:
1Материал болтов и стойки-Ст.З
2Нагрузкастатическая.
3Длябетона[σ ]см = 1,8 МПа.
4КатетсварногошваК= 0,8 * δ
Исходныеданные(вариант№...)
Р=10кН, α = 250,
l1 = 500 мм, l2 = 520 мм, l3 = мм, l4 = 100 мм, l5 = 140 мм,
l6 = 20мм,
Болты М12, δ = 6 мм.
1 Проверкапрочностиболтов
1.1 Задача заключается в расчете прочности болтового соединения, включающего группу болтов, по условию нераскрытия стыка сварной стойки и бетонногооснования.
1.2 С целью свести расчет к рассмотрению известных расчетных случаев разложим силу общего положения Р на две взаимноперпендикулярныесоставляющиеРy иРx , причем:
Рx = соs α = 10 * 0,9063 = 9,063 кН; Рy = sin α = 10 * 0,4226 = 4,226 кН,
а затем перенесем их в плоскость стыка и приложим в его центре, при этом в плоскостистыкабудетдействоватьмомент, равныйповеличине
М= Рx * l1 = 9,063 * 0,5 = 4531,5 Нм.
1.3Составляем расчетную схему (рисунок 1). Встыке А-А возникают напряжения:
от силы Ру - σ Py; отмоментаМ- σ м ;
от силы Рзат. затяжки болтов - σ зат. На виде спереди стык проекти-
руется в линию, в крайней левой точке которой действуют наибольшие, раскрывающие стык, напряжения (σ м + σ Ру).
Рисунок 1
Эти напряжения должны бытькомпенсированы напряжениями в стыке отзатяжкиболтов σ зат. . Изусловиянераскрытиюстыка
σmin. = σ зат. - σм - σРу > 0 согласно[1, с. 50] следует:
σзат. = (σм + σРу ) * K,
гдеК= 1,5 - коэффициентзапасапонераскрытиюстыка. 1.4 Определяемгеометрическиехарактеристикистыка: - площадь
Аст. = 2 * l4 * l5 = 2 * 100 * 140 = 28 * 10-3, м2 ;
- моментсопротивления
W |
= |
l5 [l33 |
−(l3 |
−2 *l4 )3 ] |
= |
0,14 [0,63 −(0,6 −0,2) |
3 ] |
=5,6 *10 |
−3 |
, м |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ст. |
|
|
6*l3 |
|
6*0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5 Определяемнапряжениевстыке: - отсилы Рy
W |
= |
Py |
= |
4,226 |
= 0,151, МПа; |
|
A |
28* 10−3 |
|||||
ст |
|
|
|
|||
|
|
сп |
|
|
|
-от момента М
σм |
= |
|
М |
= |
4531,5 |
= 0,77, МПа; |
|
|
5,9 * 10−3 |
||||
|
|
Wсп |
|
-отзатяжкиболтов
σзат = К * (σм + σ ру ) =1,5 * (0,151 + 0,77) =1,382, МПа
1.6Определяемсуммарнуюсилузатяжкивсехчетырехболтов:
Fсум.зат. = σ * Aсп =1,382*28 *10−3 = 38696, МПа;
изатемодногоболта
Fзат. = Fсум4.зат. =386964 = 9674, Н
1.7Определяем силу затяжки одного болта по условию отсутствия сдвига деталейвстыке
Fсдвиг = Рх < Fтрения = f(Fзат * Z – Py);
На основании рекомендаций [1, c.50]