 |
Расчет резьбовых соединений
|
|
|
|
Пример 1. Грузоподъемная сила крана (см. рис. 4.4.4) равна G = 50 кН. Определите диаметр нарезанной части хвостовика крюка, изготовленного из стали Ст3.
Решение. Хвостовик крюка рассматривается как незатянутый болт, работающий на растяжение. Для стали Ст3 sт = 235...216 МПа, принимаем sт = 225 МПа.
При расчете резьбовых соединений, применяемых в подъемно-транспортном оборудовании, допускаемые значения коэффициента запаса прочности ([ n ] = 1,5...2), рекомендованные для статических нагрузок в общем машиностроении, необходимо увеличить в два раза.
Принимая для резьбы крюка крана [ n ] = 4, получаем
[sp] = sт / n = 225 / 4 = 56,3 МПа.
при F = G, z = 1внутренний диаметр резьбы хвостовика:
мм.
Принимаем d = 39 мм, Р = 4 мм (
мм).
Пример 2. Чугунный (СЧ 15–32) корпус подшипника, нагруженный силой Q = 16 кH (рис. 4.4.5); прикрепляется к станине четырьмя болтами. d = 18 мм. Подобрать болты из стали Ст. 3 для двух случаев; болты поставлены с зазором; болты поставлены без зазора в отверстия из-под развертки.
Решение.
Болты, соединяющие корпус подшипника со станиной, в рассматриваемом случае нагружены поперечной силой.
1. Для болтов, поставленных в отверстия с зазорами, вычисляем допускаемое напряжение при растяжении. Принимая для стали Ст3 sт = 225МПа и [n] = 2, получаем
[sp] = sт/[ n ] = 225/2 = 112,5 МПа.
Принимаем коэффициент трения f = 0,14 Н. Коэффициент запаса от сдвига стыка К = 1,2;тогда при z = 4 получаем
мм.
Принимаем d = 27мм при Р = 3 мм (
).
2. Для болтов, поставленных без зазора в отверстия из-под развертки, определяем диаметр d 0из расчета на срез. Принимая среднее значение допускаемого напряжения [tср] = 0,275sт = 0,275×225 = 61,0 МПа, из уравнения прочности получаем
мм.
Для расчета соединения на смятие для чугуна СЧ 15–35 sвр = 153 МПа и, следовательно,
|
|
|
МПа,
(для стального болта 
значительно больше).
Из уравнения прочности на смятие
получаем
мм.
Следовательно, можно принять d 0 = 9 мм из расчета на срез; при этом номинальный диаметр резьбы болта d 0 = 8 мм (M8).
Замена болтов, работающих «на затяжку» болтами, работающими на срез, дает значительную экономию металла – масса такого болта становится меньше примерно в 8...9 раз. Однако изготовление болтов второго типа обходится дороже, причем при сборке требуется большая точность совпадения отверстий корпуса в станины.
Расчет сварных соединений
Пример 1. Рассчитайте сварное соединение для двух полос толщиной d = 8 мм, на которое действует растягивающая сила F = 320 кН (рис. 4.4.6). Материал полос – сталь Ст. 2.
Решение.
1. Для сварки полос принимаем односторонний без скоса кромок стыковой шов, вид сварки – ручная дуговая, электроды – Э42.
2. Определяем допускаемое напряжение для сварного соединения
МПа.
3. Определяем длину стыкового шва:
мм.
4. Конструкция сварного соединения представлена на рис. 4.4.6. Ширину полосы принимаем b = 320 мм.
Практикум по теме «Муфты»
Пример 1. Рассчитайте предохранительную фрикционную дисковую муфту для соединения валов диаметром Æ 65 мм; передаваемый номинальный момент 
= 1181,3 Н×м, частота вращения (
) равна 37,8 об/мин.
Решение. Для соединения валов применим предохранительную фрикционную дисковую муфту. Эти муфты устанавливают в передачах, испытывающих перемененные нагрузки, при критической нагрузке они должны срабатывать, а при снижении передаваемого момента до расчетной величины – автоматически включать передачу. Одна полумуфта дисковой фрикционной муфты закреплена посадкой с натягом, а вторая подвижна в осевом направлении. Прикладывая к подвижной полумуфте осевую силу 
, замыкают муфту и обеспечивают передачу момента за счет сил трения на стыке торцовых поверхностей полумуфт. Момент срабатывания таких муфт под действием критической нагрузки регулируют пружинами, создающими осевую силу – предельное значение ее определяют из условия, чтобы давление на диски не превышало допустимой величины 
:
|
|
|
,
где D 1, D 2 – наружный и внутренний диаметры кольцевой поверхности трения дисков.
Считают, что сила трения равномерно распределена по поверхности стыка, имеющей вид кольца. В этом случае суммарная сила трения приложена на расстоянии приведенного радиуса трения R от оси вращения:
.
Предельный момент начала срабатывания муфты определим из условия равенства его момента от сил трения на дисках:
,
где f – коэффициент трения; z – число пар поверхностей трения.
Определим расчетный момент:
,
где k = 1,3 – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации привода [2];
1536 Н×м.
По справочнику находим наружный диаметр муфты 
290 мм.
Диски стальные, ведущие – с асбестовыми прокладками; коэффициент трения f = 0,3; допустимая величина [ p ] = 0,25 МПа.
Диаметры кольца трения:
- наружный 
260 мм; принимаем 
250 мм;
- внутренний 
160 мм; принимаем 150 мм.
Приведенный радиус кольца трения R:
306,25.
Допускаемая осевая сила:
7850 Н,
Число пар трения:
2,13.
Округляем до четного числа 
4.
Число дисков: ведущих 
; ведомых 
.
Уточняем:
4180 Н.
Условие Fa £ [ Fa ] выполнено.
Тестовые задания по разделу «Детали машин
и основы конструирования»
1. Как называется механическое устройство, предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства, транспортирования или с процессом преобразования энергии?
а) деталь;
б) узел;
в) механизм;
г) машина.
2. К какому классу можно отнести электродвигатель по характеру рабочего процесса и назначению?
а) машины – преобразователи (генераторы);
б) технологические машины;
в) машины – двигатели;
г) информационные машины.
3. Что из перечисленного является деталью машин общего назначения?
а) ротор;
б) поршень;
в) патрон токарного станка;
г) детали общего назначения не перечислены.
4. Как называется деталь, изображенная на рисунке?
а) звездочка;
б) зубчатое колесо;
в) шкив;
г) изображенная деталь не указана.
5. Как называется свойство материалов детали в определенных пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки?
|
|
|
а) прочность;
б) жесткость;
в) долговечность;
г) надежность.
6. Как называется расчет, определяющий фактические характеристики (параметры) детали?
а) расчет на прочность;
б) проектный расчет;
в) расчет на безопасную нагрузку;
г) проверочный расчет.
7. Укажите последовательность расчета и проектирования детали: 1) расчет размеров по допускаемым напряжениям; 2) конструктивная проработка детали; 3) оценка прочности по запасам прочности.
а) 1, 2, 3;
б) 2, 1, 3;
в) 2, 3, 1;
г) 3, 2, 1.
8. Укажите ординату среднего напряжения цикла при следующем законе изменения напряжений:
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4.
9. Чему равен коэффициент асимметрии цикла R для постоянного цикла?
а) R = 0;
б) R = 1;
в) R = – 1;
г) R = ∞.
10. Опишите взаимное положение валов в передаче 10 – 11 на рисунке.
а) передача с параллельными осями валов;
б) передача с пересекающимися осями валов;
в) передача с перекрещивающимися осями валов;
 |
г) определить нельзя.
11. Покажите на рисунке (см. вопрос 10) червячную передачу.
а) поз. 2 – 3;
б) поз. 4 – 5;
в) поз. 8 – 9;
г) поз. 10 – 11.
12. Покажите на рисунке (см. вопрос 10) машину-орудие.
а) I;
б) II;
в) III;
г) IV.
13. В чем заключается назначение механических передач?
а) вырабатывать энергию;
б) воспринимать энергию;
в) затрачивать энергию на преодоление внешних сил, непосредственно связанных с процессом производства;
г) преобразовывать скорость, вращающий момент, направление вращения.
14. Как классифицируют зубчатую передачу по принципу передачи движения?
а) трением, передача гибкой связью;
б) зацеплением, передача гибкой связью;
в) трением, с непосредственным контактом деталей;
г) зацеплением, с непосредственным контактом деталей.
15. На каком рисунке изображена фрикционная передача?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4;
д) 5.
16. Какое из приведенных отношений называют передаточным числом одноступенчатой передачи?
а) 
;
б) 
,
в) 
;
г) все вышеперечисленные.
17. Какое из приведенных отношений называют механическим коэффициентом полезного действия одноступенчатой передачи?
|
|
|
а) 
;
б) 
;
в) ;
г) все вышеперечисленные.
18. Определите общее передаточное число u общ трехступенчатой последовательно соединенной передачи, если u 1 = 2, u 2 = 4, u 3 = 2.
а) u общ.= 8;
б) u общ.= 16;
в) u общ.= 4;
г) u общ.= 1.
19. По какому из приведенных соотношений определяется общий КПД двухступенчатой последовательно соединенной передачи?
а) ηобщ= η1 + η2;
б) ηобщ= η1 – η2;
в) ηобщ= η1· η2;
г) ηобщ= η1: η2.
20. Можно ли применять фрикционную передачу для изменения скорости приводных колес автомобиля, снегохода и т.д.?
а) нельзя;
б) можно;
в) необходимо произвести соответствующий расчет;
г) однозначно сказать нельзя.
21. Определите передаточное число фрикционной передачи, воспользовавшись следующими данными (скольжением пренебречь): n 1 = 1000 об/мин, n 2 = 2000 об/мин, D 1 = 100 мм, D 2 = 200 мм.
а) 1;
б) 2;
в) 0,5;
г) 10.
22. Как называется передача, изображенная на рисунке?
а) цилиндрическая фрикционная с гладкими катками;
б) цилиндрическая фрикционная с катками клинчатой формы;
в) коническая фрикционная;
г) червячная.
23. На каком рисунке изображена коническая фрикционная передача?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) на рисунках нет данной передачи.
24. Какое основное отличие зубчатой передачи от фрикционной (с конструктивной точки зрения)?
а) постоянство передаточного числа;
б) непостоянство передаточного числа;
в) назначение;
г) нет отличий.
25. Как классифицируется по взаимному расположению колес передача, показанная на рисунке?
а) внешнее зацепление;
б) внутреннее зацепление;
в) реечное зацепление;
г) определить нельзя.
26. Укажите формулу для определения модуля зубчатого зацепления
а) 
;
б) 
;
в) 
;
г) 
27. Определите передаточное число зубчатой передачи, если число зубьев колеса равно 63, а число зубьев шестерни равно21.
а) u = 1323;
б) u = 42;
в) u = 3;
г) u = 1/2.
28. Укажите позицию, которой обозначен диаметр делительной окружности зубчатого колеса.
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4.
29. Определите передаточное число червячной передачи, если число зубьев колеса равно 30, число заходов червяка равно 2.
а) 60;
б) 15;
в) 1/15;
г) определить нельзя.
30. Как называется деталь, обозначенная на рисунке цифрой 1?
а) червячное колесо;
б) зубчатое колесо;
в) червяк;
г) винт.
31. К передачам какого типа относится ременная передача?
а) к передачам непосредственного касания за счет сил трения;
б) к передачам гибкой связью зацеплением;
в) к передачам гибкой связью за счет сил трения;
г) к передачам непосредственного касания зацеплением.
32. На каком из рисунков изображена плоскоременная передача?
а) поз. 1;
б) поз. 2;
в) поз. 3;
|
|
|
 |
г) поз. 4.
33. Какая цепь показана на рисунке?
а) втулочная;
б) роликовая;
в) зубчатая;
г) определить нельзя, но не зубчатая.
34. Как называют деталь, предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т.д. и для передачи вращающего момента?
а) вал или ось;
б) вал;
в) подвижная ось;
г) неподвижная ось.
35. На каком из рисунков изображен карданный вал?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4;
д) 5.
36. Как называют переходные участки между ступенями валов и осей, выполняемые для снижения концентрации напряжений и увеличения долговечности
а) канавка;
б) галтель;
в) фаска;
г) цапфа.
37. Какая из цапф называется шипом (R, A – нагрузки, воспринимаемые цапфами)?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 1 и 3.
38. Как рассчитывают подвижные оси на прочность?
а) только на изгиб;
б) только на кручение;
в) на совместное действие изгиба и кручения;
г) на растяжение (сжатие).
39. Сколько деталей включает шпоночное соединение?
а) одну;
б) две;
в) три;
г) четыре.
40. Какая из деталей, изображенная на рисунке является призматической шпонкой?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
 |
г) 1 и 3.
41. Определите по рисунку тип зубьев (шлицев) на валу 1.
а) прямобочные;
б) эвольвентные;
в) треугольные;
г) определить нельзя.
42. Какой вид шпоночных соединений из приведенных ниже является напряженным?
а) соединения призматическими шпонками;
б) соединения сегментными шпонками;
в) соединения клиновыми шпонками;
г) соединения торцевыми призматическими шпонками.
43. Зубчатые (шлицевые) соединения проверяют по условию прочности на ….
а) изгиб;
б) кручение;
в) смятие;
г) срез.
44. Какой тип подшипника показан на рисунке?
а) неразъемный подшипник скольжения;
б) разъемный подшипник скольжения;
в) самоустанавливающийся подшипник скольжения;
г) подшипник качения.
45. Какой элемент подшипника качения обозначен на рисунке цифрой 1?
а) наружное кольцо;
б) внутреннее кольцо;
в) тела качения;
г) сепаратор.
46. Как классифицировать подшипник, показанный на рисунке, по направлению воспринимаемой нагрузки?
а) радиальный;
б) радиально-упорный;
в) упорный;
г) упорно-радиальный.
47. Диаметр вала под подшипником качения равен 110 мм. Определите номер подшипника.
а) 312;
б) 4332;
в) 7322;
г) 6311.
48. Какой внутренний диаметр (мм) имеет подшипник 8205?
а) 0,5;
б) 5;
в) 25;
г) 205.
49. Изменяют ли с помощью муфты угловую скорость одного вала относительно другого?
а) изменяют;
б) не изменяют;
в) изменяют только вращающий момент;
г) изменяют только направление вращения.
50. Какие соединения из перечисленных ниже являются неразъемными?
а) резьбовые;
б) шпоночные;
в) сварные;
г) все перечисленные.
51. Как называется деталь, показанная на рисунке?
а) винт;
б) болт;
в) шпилька;
г) гайка.
52. Определите тип резьбового соединения, показанного на рисунке?
а) винтовое;
б) болтовое;
в) соединение шпилькой;
г) определить нельзя.
53. Определите профиль резьбы, изображенной на рисунке?
а) метрическая;
б) прямоугольная;
в) трапецеидальная;
г) упорная.
54. Покажите на рисунке закладную головку заклепки.
а) поз. 1;
б) поз. 2;
в) поз. 3;
г) поз. 4.
55. Как называется сварной шов, показанный на рисунке?
а) стыковой;
б) нахлесточный;
в) угловой;
г) тавровый.
56. Как классифицировать сварные швы, указанные стрелками?
а) стыковые;
б) лобовые;
в) фланговые;
г) с накладками.
57. Выберите из предложенных формул условие прочности на растяжение (сжатие) стыкового сварного шва
а) 
;
б) 
;
в) 
;
г) 
58. Выберите условное графическое обозначение для зубчатой цилиндрической передачи.
а) 1;
б) 2;
в) 3;
 |
г) 4;
д) 5.
59. Из перечисленных деталей назовите детали, которые относятся к группе «детали – соединения».
а) винты;
б) оси;
в) подшипники;
г) муфты.
60. В чем заключается расчет на тяговую способность клиноременных передач?
а) в определении площади поперечного сечения;
б) в определении допускаемого полезного напряжения;
в) в определении требуемого числа ремней;
г) все вышеперечисленное.
Леденева
Нина Федоровна
Юганов
Владимир Сергеевич
Учебно-методический
Комплекс
Механика
Корректор Т.В. Никитина
Компьютерная верстка Н.П. Яргункина
Подписано в печать. 2009. Формат 60´90/8. Бумага офсетная
Печать офсетная. Усл. печ. л. 48,86. Уч.-изд. л. 32,20.
Тираж Заказ
РИО и типография УВАУ ГА. 432071, Ульяновск, ул. Можайского, 8/8.
 |
|
|
|
