Детали машин и основы конструирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Сахалинский институт железнодорожного транспорта

ФГБОУ ВПО

Кафедра «Южно-Сахалинск»

Контрольная работа

По дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

Студента 3 курса

Попова Юрия Константиновича

Южно - Сахалинск 2016

Задача 1.

Рассчитать сварное соединение, состоящее из двух неравнобоких уголков и косынки (рис.1.1). На оба уголка действует растягивающая сила . Электроды Э42А. Метод сварки - автоматическая под слоем флюса. Характер нагрузки - статическая.

Рис.1.1

Решение

Определим из условия прочности на растяжение требуемую площадь поперечного сечения одного уголка :

(1.1)

где сила, растягивающая два уголка,

допускаемое напряжение на растяжение, принимаем, что

свариваемые детали выполнены из стали Ст3 , для которой предел

текучести [1,с.7], тогда допускаемое напряжение на

растяжение равно [1,с.31]:

, (1.2)

где масштабный фактор, для сварных конструкций при статических

нагрузках [1,с.32];

коэффициент концентрации напряжений при статических

нагрузках, для лобовых и фланговых швов [1,с.32];

коэффициент безопасности, для углеродистых сталей [1,с.32];

,

.

Принимаем уголок с площадью поперечного сечения уголка равной [2,с.141].

Допускаемое напряжение на срез в сварном шве при сварке автоматической под слоем флюса электродами Э42 равно [1,с.32]:

, (1.3)

Определим потребную суммарную длину лобовых и фланговых швов при величине катета сварного шва из формулы [1,с.27]:

; (1.4)

отсюда

Длину каждого из лобовых швов (рис.1.2) принимаем равной ширине большей полки уголка .

Рис.1.2

Определяем суммарную длину фланговых швов на каждом из уголков:

Нагрузка, приходящаяся на фланговые швы каждого из уголков:

Фланговые швы расположены несимметрично относительно центра тяжести сечения уголка. Эти расстояния принимаем по ГОСТ 8510-72: , [2,с.141]. Исходя из того, что нагрузка на фланговые швы распределяется по закону рычага [1,с.35], находим нагрузку на каждый из фланговых швов:

- на нижний

- на верхний

Находим длину каждого флангового сварочного шва:

.

Таким образом, имеем следующие параметры швов сварного соединения косынки с раскосом (рис.1.2) в виде уголков : величина катета сварных швов ; длина лобовых швов ; длина фланговых швов .

Задача 2

Подобрать по ГОСТу размеры поперечного сечения призматической шпонки и определить длину шпонки из условия прочности (рис. 2.1), если передаваемый валом крутящий момент и диаметр вала . Нагрузка прикладывается без толчков, работа реверсивная, материал шпонки выбрать самостоятельно, материал ступицы и вала - сталь Ст5. сварной шпонка кронштейн крепление



Рис.2.1

Решение

По диаметру вала d определим размеры поперечного сечения заданной призматической шпонки. По диаметру вала d=34мм принимаем следующие размеры поперечного сечения призматической шпонки (по ГОСТ 23360-78): ширина , высота [3,с.810].

Материал шпонок - сталь с временным сопротивлением не менее [3,с.812]. Исходя из этого, примем сталь 45, для которой временное сопротивление равно , а предел текучести [1,с.7].

Вал и ступица изготавливаются из стали Ст5, для которой предел текучести [1,с.7].

Рабочие грани призматической шпонки проверяются на смятие, а сечение С-С на срез (рис.2.2).



Рис.2.2

При расчете на смятие допускаемое напряжение смятия определяется пределом текучести и зависит от вида приложенной нагрузки и характеристик материалов контактирующих деталей. Значение выбирается в расчете на наименее прочный материал их тех, что находятся в контакте. В соединении втулка-шпонка и в соединении вал-шпонка менее прочным являются ступица и вал, следовательно значения допускаемых напряжений будем определять по материалу ступицы и вала, т.е. по стали Ст5.

Условие прочности шпоночного соединения на смятие [1,с.84]:

; (2.1)

где крутящий момент, передаваемый соединением, ;

диаметр вала, ;

ширина шпонки, ;

рабочая длина шпонки (рисунок 2.3), ;

высота выступающей части шпонки, [1,с.84];

- допускаемое напряжение на смятие, равное:

,

здесь коэффициент запаса, [4,с.43] .

Рисунок 2.3

Условие прочности шпоночного соединения на срез [1,с.84]:

; (2.2)

где - допускаемое напряжение на срез, [4,с.43],

примем .

Из (2.1) требуемая рабочая длина шпонки равна:

.

Из (2.2) требуемая рабочая длина шпонки равна:

.

Окончательно примем рабочую длину шпонки , тогда длина шпонки равна:

.

Таким образом, для заданного соединения принимаем следующую призматическую шпонку:

.

Задача 3

Рассчитать болты, которыми крепится стойка кронштейна к фундаментной чугунной раме (рис.3.1). Нагрузка статическая. Болты принять по ГОСТу. Данные для расчёта:

Рис.3.1

Решение

Заданы размеры: , , Принимаем недостающие размеры площадки стыка равными (рис.3.2).

Рис.3.2

Приводим силу к центру тяжести стыка (рис.3.3). В результате получаем отрывающую силу и момент , стремящийся повернуть кронштейн, который равен:

Затяжка болтов должна гарантировать нераскрытие стыка.

От затяжки болтов в стыке возникают напряжения смятия , которые распределены по площадке стыка равномерно и равны [1,с.62]:

, (3.1)

где число болтов, ;

сила затяжки болтов;

площадь стыка;

От действия момента напряжения смятия на левой половине стыка уменьшаются, а на правой увеличиваются. Напряжения в стыке от момента распределены по линейному закону.

Наибольшие напряжения равны [1,с.62]:

где - момент сопротивления изгибу площади стыка, равный:

Усилие затяжки болта по нераскрытию стыка определяем по формуле [1,с.62]:

(3.2)

где коэффициент запаса по сдвигу, [1,с.57],

напряжение в стыке от силы , нормальной к плоскости стыка, в нашем случае , следовательно,

.



Рис.3.3

Подставляя значение в уравнение (3.1), получаем:

Максимальные напряжения смятия в стыке равны:



Минимальные напряжения смятия в стыке равны:

Допускаемое напряжение в стыке для чугуна существенно выше, чем Так как имеем , то условие работоспособности стыка выполняется.

Суммарная внешняя нагрузка на болт равна [1,с.62]:

(3.3)

где внешняя нагрузка на болт от силы ,

.

нагрузка на болт от момента , равная [1,с.63]:

Здесь число болтов в поперечном ряду, ; число поперечных рядов с одной стороны от оси поворота, .

Расчет по формуле (3.3) будем вести для более нагруженных левых болтов:

Расчетная нагрузка на болт равна [1,с.63]:

где коэффициент внешней нагрузки, [1,с.58];

Диаметр болтов определим из условия прочности [1,с.56]:

, (3.4)

где коэффициент, учитывающий напряжение кручения в болте,

появляющееся вследствие трения в резьбе, ;

допускаемое напряжение;

внутренний диаметр резьбы.

Допускаемое напряжение определяем по формуле [1,с. 65]:

,

где предел текучести материала болта, принимаем в качестве материала

сталь 10, для которой ;

коэффициент безопасности, принимаем [1,с. 66];

.

Из формулы (1.4) получаем, что требуемый из условия прочности внутренний диаметр резьбы болта равен:

,

Принимаем для болта резьбу , для которой внутренний диаметр составляет [1,с.66].

Задача 4

(вариант3)

Рассчитать напряженное клиновое соединение, работающее в условиях знакопеременной нагрузки (рис. 4.1). Материал штока - сталь Ст5, материал втулки - Сталь 40.

Данные для расчета: .

Рис.4.1

Решение

Клиновым называется разъемное соединение, затягиваемое при помощи клина (рис. 4.2). Оно состоят из стержня, клина и втулки. Стержень имеет клиновой паз с уклоном, соответствующему углу клина, а втулка - паз постоянного сечения. При приложении к клину усилия запрессовки, он будет перемещаться вдоль паза, создавая давление на стержень и втулку. Если стержень и втулка упираются друг в друга буртиком (рис.4.2,а) или торцом стержня (рис.4.2,б), то сила запрессовки еще до приложения рабочей нагрузки вызовет в деталях деформации и напряжения. Практикой эксплуатацией клиновых соединений установлено, что для учета предварительных напряжений, возникающих от запрессовки клина, расчетное усилие , действующее при этом на элементы конструкции, необходимо увеличить на 25%, т.е. .

1. Диаметр стержня в случае нагружения соединения силой , изменяющейся по величине и направлению, определяют из условия выносливости материала стержня при растяжении [4,с.40]:

, (4.1)

где допускаемое напряжение при растяжении, изменяющемуся по симметричному знакопеременному циклу;

, (4.2)

где предел выносливости, [4,с.75];

допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности, .

;

.

Принимаем по ГОСТ 6636-69 .

2. Диаметр стержня, ослабленного отверстием для клина, определяют из условия выносливости при растяжении [4,с.40]:

, (4.2)

где допускаемое напряжение с учетом концентрации напряжения отверстием для клина, равное [4,с.40]:

,

Принимаем по ГОСТ 6636-69 .

Из условий равнопрочности стержня на растяжение и на смятие клином принимаем толщину клина равной [4,с.40]:

.



Рис.4.2

3. Диаметр буртика (рис.4.2,а) и его высоту принимаем по конструктивным соображениям равной [4,с.40]:

;

.

Принимаем по ГОСТ 6636-69 и .

Проверяем на прочность по напряжениям смятия опорных поверхностей буртика стержня и втулки и по напряжениям среза [4,с.41]:

, (4.3)

, (4.4)

где - радиус галтели, принимаем ;

допускаемое напряжение смятия, для стальной втулки [4,с.41]:

;

допускаемое напряжение среза, [4,с.43];

;

.

Прочность буртика проверяем на изгиб как консольную балку, нагруженную на конце силой [4,с.41]:

, (4.5)

где ;

;

.

4. Рассматривая клин, как балку прямоугольного сечения (рис.4.2,г), нагруженную распределенной нагрузкой, и принимая расчетную длину клина , а силы 0,5, сосредоточенными в центре площадок контакта, определяем расчетную высоту клина по формуле [4,с.42]:

. (4.6)

.

Принимаем по ГОСТ 6636-69 .

5. Размеры и (рис.4.2,в) назначаем конструктивно (, ), а размер зависит от высоты клина [4,с.41]:

.

Принимаем .

Конец стержня проверяем на срез по двум площадям среза (рис.4.2,г) по формуле [4,с.41]:

. (4.6)

.

Диаметр втулки принимаем по условию равнопрочности на растяжение и смятие равным и [4,с.41].

Прочность втулки, ослабленной отверстием для клина, оценивается условием [4,с.41]:

, (4.7)

где - допускаемое напряжение при упоре буртика стержня во втулку;

Литература

1. Детали машин в примерах и задачах /Под общ. ред. С.Н.Ничипорчика - Мн.: Выш.школа, 1981.- 432 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора- - машиностроителя: Т.1 - М.: Машиностроение, 1982.- 736 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора- машиностроителя: Т.2.- М.: Машиностроение, 2001.- 912 с.

4. Дрыгин, В.В. Соединение деталей машин и элементов конструкций: Задания на контрольные работы. Методическое пособие по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»/ В.В. Дрыгин, Н.И. Яворский: - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2011. - 97 с.

Размещено на Allbest.ru