Соединение деталей машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчёт сварных швов кронштейна и болтовых соединений его опорной плиты с фундаментом

Различают разъёмные и неразъёмные соединения деталей.

К разъёмным соединениям относят соединения, допускающие разборку и повторную сборку соединяемых деталей без нарушения и повреждения. К ним относят, например, соединения, выполняемые с помощью болтов, шпилек, гаек, винтов и др.

Неразъёмные соединения называют такие, которые нельзя разъединить без нарушения скрепляемых деталей (скрепляемые осуществляются с помощью заклёпок, сварки, пайки, склеивания, прессования).

Также, соединения деталей машин и механизмов бывают неразъёмными, разъёмными неподвижными и подвижными.

В деталях машин наиболее часто распространена цилиндрическая резьба. Это резьбовые соединения. Они являются в основном разъёмными неподвижными (соединены с помощью резьбовых соединений, штифтов, шпонок и шлицев).

Основными крепёжными деталями с резьбой являются болты, винты, шпильки и гайки.

Достоинство резьбовых соединений являются простота, удобство сборки и разборки, стандартизация и массовый характер производства крепёжных резьбовых деталей, взаимозаменямость, относительно невысокая стоимость и высокая надёжность.

Недостатками резьбовых соединений заключаются в наличии концентраций напряжений во впадинах резьбы, что снижает прочность соединений; чувствительность к вибрационным и ударным воздействиям, которые могут привести к самоотвинчиванию и низкая точность взаимоположения заменяемых деталей.

Штифтовые, шпоночные и соединения шлицевые применяют для закрепления деталей на валах и осях.

Штифтовые соединения применяют для неподвижного закрепления деталей на валах.

Шпоночные и шлицевые соединения служат для крепления деталей на валах и вращающихся осях.

Подвижные соединения. К ним относятся сочленения различных движущихся звеньев механизмов между собой или с неподвижными звеньями (опорами).

Поступательное движение ползунов обеспечивается различного рода направляющими.

Подвижные сочленения часто осуществляются введением между звеньями промежуточных деталей. В сочленениях вращающихся звеньев такие детали называются подшипниками, в сочленениях поступательно движущихся звеньев - накладками (или направляющими).

Подшипники по принципу работы делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

Болтовые соединения. Преимущества перед сваркой: 1) удобство и простота постановки болтов; 2) выполнения соединения не требует специального оборудования.

Недостатки:1) повышенная металлоемкость благодаря необходимости применения вспомогательных элементов (см. составленную балку); 2) ослабление сечений отверстиями под болты; 3) повышенная деформативность соединения.

Сварные соединения -- наиболее распространенные соединения. Они требуют на изготовление меньше времени и металла по сравнению с заклепочными и болтовыми соединениями. Применение сварки обеспечивает высокую прочность соединения, автоматизированный процесс, высокое качество сварного шва при выполнении его не только в заводских условиях, но и в построечных. Благодаря этому сварные соединения применяются во всех металлических конструкциях.

Достоинства сварных соединений: возможность получения изделий больших размеров (корпуса судов, железнодорожные вагоны, кузова автомобилей, трубопроводы, резервуары, мосты и др.); снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30...50% и с клепаными-- до 20% благодаря в основном уменьшению толщины стенок и припусков на механическую обработку, а также отсутствию ослабляющих отверстий и накладок как в заклепочном соединении; снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства; малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации; возможность достижения равнопрочности сварного изделия и свариваемых деталей.

Недостатки сварных соединений: возникновение при сварке дефектов швов, снижающих их прочность (особенно при переменном нагружении). Возникновение остаточных напряжений (вследствие локальных термических деформаций от неравномерного нагрева соединяемых деталей) снижает прочность и вызывает необходимость проведения старения; сложность проведения контроля ответственных сварных изделий; местное оплавление участков деталей вблизи шва вызывает изменение химической структуры металла. сварной болт резьба кронштейн

Для первого задания используется сварка по замкнутой линии. Тавровый шов.

Рисунок 1. Соединение при помощи фундаментных болтов.

Техническое задание №1.

«Соединение деталей машин».

Расчёт сварных швов кронштейна и болтовых соединений его опорной плиты с фундаментом.

Решение.

1. Силовые нагрузки, действующие на болтовое соединение.

Осевое усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт от растягивающей силы:

Осевое усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт от опрокидывающего момента:

где l=140 мм (принято геометрически).

Суммарное осевое усилие для наиболее нагруженного болта.

2. Внутренний диаметр резьбы болта и согласование его со стандартом

При статической нагрузке с неконтролируемой затяжкой болтов коэффициент запаса n = 4. Материал болтов - сталь 45 с пределом текучести

Допускаемые напряжения

Внутренний диаметр болта

По ГОСТ 24705-81 подбираем болт с внутренним диаметром номинальным диаметром резьбы М12, шаг p = 0,5мм.

3. Расчёт стыка плиты кронштейна и фундамента:

где L = 200мм, B = 100мм (принято).

где

По условию нераскрытия стыка:

где коэффициент запаса по нераскрытию стыка.

4. Назначить размеры а и к сварных швов.

Принимаем к = s = 12мм, а = 100мм.

Допускаемое напряжение сварного шва:

Проверить напряжение в опасной точке сварного шва и сравнить его с допускаемым.

=

5. Определение размеров B и L опорной плиты кронштейна исходя из допускаемого удельного давления на фундамент.

Опорная плита кронштейна оказывает неравномерное давление на поверхность фундамента. В направлении действия момента опорная плита оказывает на фундамент сжимающее действие, а с противоположной стороны стремится оторваться от поверхности фундамента.

Необходимая длина опорной плиты при принятой ширине В = 100мм.

где R = 3,2МПа - расчётное сопротивление кладки из кирпича марки 200 сжатию.

Техническое задание №2.

«Соединение деталей машин».

Расчёт сварных швов кронштейна и болтовых соединений его опорной плиты с фундаментом.

Решение.

1. Силовые нагрузки, действующие на болтовое соединение.

Осевое усилие, приходящееся на каждый болт от растягивающейся силы:

Осевое усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт от опрокидывающего момента:



Суммарное осевое усилие для наиболее нагруженного болта:

2. Внутренний диаметр резьбы болта и согласование его со стандартом.

При статической нагрузке с неконтролируемой затяжкой болтов коэффициент запаса n = 4. Материал болтов - сталь 45 с пределом текучести

Допускаемые напряжения

Внутренний диаметр болта

По ГОСТ 24705-81 подбираем болт с внутренним диаметром номинальным диаметром резьбы М8, шаг р = 0,75мм

Рисунок 2. Сварка по незамкнутой линии

3. Расчёт стыка плиты кронштейна и фундамента:

где

По условию нераскрытия стыка:

где к1,3…2 - коэффициент запаса по нераскрытию стыка. к = 1,5.

4. Определить допускаемое напряжение сварного шва. Проверить напряжение в опасной точке сварного шва и сравнить его с допускаемым.

Допускаемое напряжение сварного шва:

5. Проверить напряжение в опасной точке сварного шва и сравнить его с допускаемым:

Техническое задание № 3.

«Соединение деталей машин».

Расчёт сварных швов кронштейна и болтовых соединений его опорной плиты с фундаментом.

Решение.

1. Определить размеры B и L опорной плиты кронштейна исходя из допускаемого удельного давления на фундамент.

Опорная плита кронштейна оказывает неравномерное деление на поверхность фундамента. В направлении действия момента опорная плита оказывает на фундамент сжимающее действие, а с противоположной стороны стремится оторваться от поверхности фундамента.

Необходимая длина опорной плиты при принятой ширине В = 100мм:

=

где R = 3,2МПа - расчётное сопротивление кладки из кирпича марки 200 сжатию.

По конструктивным соображениям примем H = 600мм.

.

2. Силовые нагрузки, действующие на болтовое соединение.

Осевое усилие, приходящееся на каждый болт от растягивающей силы:

Осевое усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт от опрокидывающего момента:

= 731,59кН.

Суммарное осевое усилие для наиболее нагруженного болта:

3. Внутренний диаметр резьбы болта и согласование его со стандартом.

При статической нагрузке с неконтролируемой затяжкой болтов коэффициент запаса n=4. Материал болтов - сталь 45 с пределом текучести

Допускаемые напряжения

Внутренний диаметр болта

По ГОСТ 24705-81 подбираем болт с внутренним диаметром номинальным диаметром резьбы М7, шаг р = 0,75мм.

4. Расчёт стыка плиты кронштейна и фундамента:

где

По условию нераскрытия стыка:

где - коэффициент по нераскрытию стыка. к = 1,5.

Условие прочности кирпичного основания:

5. Назначить размеры а и к сварных швов.

Принимаем

Допускаемое напряжение сварного шва

Проверить напряжение в опасной точке сварного шва и сравнить его с допускаемым.

Техническое задание № 4.

«Передачи с гибкой связью (передачи ремённые)».

Расчёт клиноремённых передач.

образом для увеличения вращающего момента на приводном валу (i>1), значительно реже - для увеличения частоты вращения (i<1), например, в приводах центрифуг, центробежных насосов и др.

Выбор передаточного отношения зависит от расположения ремённой передачи. См. рис. № 1.



Рисунок 3. Схемы ремённых передач.

а) открытая; б) перекрёстная; в) полуперекрёстная.

Таблица 1. Значение передаточного числа для ремённых передач

Способ регулирования натяжения ремня	Тип передач	i
		среднее	наибольшее
Периодическое регулирование изменением длины ремня или межосевого расстояния	Открытая Перекрёстная Полуперекрёстная С направляющими роликами	2 - 5 1 -3 1 -2 1 -3	7 5 3 4
Автоматическое регулирование	Самонатяжная С натяжным роликом	2 - 5 3 - 6	8 10

Ремённые передачи классифицируются по следующим принципам:

По форме сечения ремня: а) плоскоременные; б) клиноременные; в) круглоременные; г) с зубчатыми ремнями.

По взаимному расположению осей валов: а) с параллельными осями; б) с пересекающимися осями - угловые с направляющими роликами; в) со скрещивающимися осями.

По направлению вращения шкивов: а) с одинаковым направлением (открытые и полуперекрёстные; б) с противоположным направлениями (перекрестные).

По способу создания натяжения ремня: а) простые; б) с натяжным роликом; с натяжным устройством.

По конструкции шкивов: а) с однорядными шкивами; б) со ступенчатыми шкивами; в) с раздвижными конусными шкивами - клиноременный вариатор; г) многорядные шкивы.

При применении плоских ремней возможно осуществление передач на большие межцентровые расстояния - а (до 15 м и даже больше).

Рисунок 4. Схема ремённой передачи.

а) плоскоремённая; б) круглоремённая; в) поликлиновым ремнём; г) зубчатым ремнём;

д) работают по принципу зацепления (отнесены к ремённым условно).

Применение плоскоремённых передач в настоящее время сократилось (исключение составляют передачи с плёночными синтетическими ремнями) из-за их худших эксплуатационных свойств в сравнении с другими видами ремённых передач.

Плоские ремни изготавливают кожаными, хлопчатобумажными, синтетическими, а клиновые - кордотканевыми и кордошнуровыми.

Плоские ремни обладают высокой упругостью, допускают кратковременную перегрузку на 50% и переменную нагрузку с частыми переключениями, надёжно работают в перекрёстных и полуперекрёстных передачах. Сравнительно высокая стоимость ограничивает область их применения.

Хлобчатобумажные ремни допускают кратковременную перегрузку на 40%, удовлетворительно работают при значительных колебаниях нагрузки, не разрушаются под действием паров щелочей и нефтепродуктов, но не пригодны для работы в помещениях с повышенной влажностью и с парами кислот.

В клиноремённых передачах применят сплошные бесконечные прорезиненные ремни трапецеидального сечения.

Рисунок 5. Сечение клинового ремня.

Тяговым элементом служит корд из специальной синтетической ткани или шнура. Для двигателей автомобилей, тракторов и механизмов сельскохозяйственных машин применяют клиновые ремни узкого сечения по ГОСТ 5813-76 и ГОСТ 10286-75.

Прорезиненные ремни допускают кратковременную перегрузку на 30%, но при резких колебаниях нагрузки пробуксовывают; ремни с двусторонней резиновой обкладкой пригодны для работы в помещениях с повышенной влажностью и с парами кислот, но под действием паров нефтепродуктов расслаиваются.

Поликлиновые ремни предназначены для замены отдельных клиновых ремней или их комплектов с целью уменьшения габаритов. При передаче одинаковой мощности ширина поликлинового ремня может быть примерно раза в два меньше, чем у комплекта клиновых ремней.

Поликлиновые ремни состоят из плоской и профильной частей. В плоской части размещено несколько слоёв прорезиненной ткани и ряд кордшнура из синтетических волокон. Профильная часть, образуемая продольными клиньями, состоит из резины. Обе части завулканизированы в одно целое.

Рисунок 6. Сечение поликлинового ремня.

Наибольшее распространение получили резинотканевые ремни, у которых ткань передает нагрузку, а резина подвергаемая вулканизации, предохраняет ткань от повреждений и повышает коэффициент трения между ремнем и ободом шкива.

В последние годы все больше применяются полиамидные ремни, пригодные для высокоскоростных передач. Они допускают значительные нагрузки, обладая высокой прочностью.

Материал шкивов - чугун, в сварных шкивах - малоуглеродистые стали (ст. 1 - 6), алюминиевые сплавы, текстолит.

Достоинства ремённой передачи:

1) расположение ведущего и ведомого колес на большом расстоянии друг от друга;

2) плавность хода, бесшумность работы, способность смягчать удары благодаря эластичности ремня;

3) простота и дешевизна конструкции.

Недостатки ремённой передачи:

1) сравнительно большие габариты;

2) вытягивание и значительный износ ремня;

3) непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремней.

В зубчатой ремённой передаче нагрузка передаётся за счёт зацепления зубьев ремня и шкивов. По несущей способности зубчато-ремённая передача занимает промежуточное положение между ремёнными и цепными, обеспечивая передачу мощности до 200 кВт (уникальные передачи - до 800 кВт). Наибольшая скорость - до 50 м/с, в отдельных случаях - до 80 м/с.

К достоинствам зубчато-ремённой передачи по сравнению с другими передачами следует отнести отсутствие скольжения, пониженный уровень шума по сравнению с цепной или зубчатой при работе на обычных скоростях, меньшие габариты по сравнению с ремённой и меньше габариты по сравнению с ремённой и меньше давление на опоры ввиду меньшего предварительного натяжения ремня, возможность передачи нагрузки при высоких скоростях, когда другие ремённые передачи теряют несущую способность из-за скольжения.

Недостатки зубчато-ремённой передачи: меньшая несущая способность по сравнению с цепными и зубчатыми передачами; повышенный уровень шума по сравнению с другими ремёнными передачами при повышенной скорости; относительная сложность изготовления зубчатых шкивов; повышенные требования к точности монтажа; наличие высокочастотных вибраций, затрудняющих использование зубчато-ремённой передачи в точном оборудовании.

Рисунок 7. Зубчатый ремень: Р - шаг зубьев ремня; - высота зуба; H - толщина ремня; В - ширина ремня; - угол профиля зубьев; - расстояние от впадины зуба до оси корда; s - наименьшая толщина зуба; - радиусы закругления головки и ножки зуба.

Решение.

1. Выбор сечения ремня:

Для передаваемой мощности кВт и частоты вращения ведущего шкива выбираем по графику сечения ремня «А».Табличные размеры: Wp = 11 мм; W = 13 мм; = 8 мм; площадь сечения А = 81; масса 1 м длины ремня = 0,105 кг/м; минимальный диаметр шкива dmin = 90 мм.

2. Определение диаметров шкивов:

С целью увеличения рабочего ресурса работы передачи принимаем d1 > dmin.

Из стандартного ряда (табличного значения) ближайшее большее значение d1 = 100 мм.

Расчетный диаметр ведомого (большего) шкива:

мм.

Ближайшее стандартное значение: мм.

Относительное скольжение: . Передаточное число:

Отличие от заданного передаточного числа:

Отклонения нет.

3. Межосевое расстояние:

мм.

мм.

Примем межосевое расстояние 240 мм.

4. Расчётная длина ремня:

мм.

Принимаем ближайшее табличное значение мм.

5. Уточнённое межосевое расстояние:

, мм.

В данной формуле:

мм.

.

мм.

Принимаем мм.

Для установки и замены ремней предусматриваем возможность уменьшения а на (т.е. на мм).

Для компенсации удлинения ремней во время эксплуатации предусматриваем увеличения на 5,5% (т.е на мм).

6 Угол обхвата ремнём малого шкива:

При

7. Число ремней ремённой передачи.

Мощность, передаваемая одним ремнём в условиях эксплуатации:

где - коэффициент угла обхвата. ; - коэффициент длины ремня. ; - коэффициент передаточного отношения. ; - коэффициент режима нагрузки. кВт.

кВт.

Число ремней в передаче:

где - коэффициент числа ремней,

8. Окружная скорость ремней.

9. Силы, действующие на валы опоры:

При в статическом состоянии передачи.

Начальное натяжение каждой ветви одного ремня:

Н,

где - коэффициент центробежных сил,

Натяжение ремня от центробежной силы:

где - плотность материала ремня, ; А- площадь поперечного сечения ремня,

10. Средний рабочий ресурс принятых ремней:

где = 2000 ч. (ресурс работы ремней по ГОСТ 1284.2-89);

- коэффициент для среднего режима работы;

- коэффициент климатических условий.

11. Суммарное число ремней, необходимый на весь срок службы привода

= = 10000 по заданию.

Конструирование шкива.

В соответствии с заданием необходимо сконструировать ведомый шкив.

Таблица 2

Сечение ремня	Wp	bmin	hmin	е	f	r	dp для угла канавки а
				Номин.	Пред.откл.	Номин.	Пред.откл.		34°	36°	38°	40°
Z	8,5	2,5	7,0	12,0	±0,3	8,0	±1,0	0,5	50-71	80-100	112-160	?180
А	11,0	3,3	8,7	15,0	±0,3	10,0	+2,0 -1,0	1,0	75-112	125-160	180-400	?450
В	14,0	4,2	10,8	19,0	±0,4	12,5	+2,0 -1,0	1,0	125-160	180--224	250-500	?560
С	19,0	5,7	14,3	25,5	±0,5	17,0	+ 2,0 -1,0	1,5	--	200-315	355-630	?710
D	27,0	8,1	19,9	37,0	±0,6	24,0	+ 3,0 -1,0	2,0	--	315-450	500-900	?1000
Е	32,0	9,6	23,4	44,5	±0,7	29,0	+4,0 -1,0	2,0	--	500-560	630-1120	?1250
ЕО	42,0	12,5	30,5	58,0	±0,8	38,0	+5,0 -1,0	2,5	--	--	800--1400	?1600

Для ремня сечением А по таблице, приведённой выше выбираем размеры профиля канавок шкива: f = 10,0 мм;

e = 15,0 мм;

h = 11 мм;

мм;

h = 8,7 мм;

b = 3,3 мм.

С учётом того, что количество ремней z = 4, конструктивно ширина шкива получается равной:

мм.

В соответствии с расчётом диаметр шкива мм.

Наружный диаметр шкива мм.

Толщина обода для чугуна шкива:

мм.

Принимаем мм.

Внутренний диаметр обода шкива:

мм.

Толщина диска шкива мм.

С учётом большой ширины шкива принимаем С = 40 мм.

Вращающий момент на валу:

Тогда диаметр вала мм.

По конструктивным положениям принимаем мм.

Из таблицы значений линейных размеров, показанной ниже.

Диаметр ступицы для чугунных шкивов: мм.

Принимаем мм.

Длина ступицы мм.

Примем мм.

Для снижения массы шкивов и удобства транспортировки в дисках выполним 4 отверстия диаметром dотв = 20 мм. Диаметр окружности, на котором выполняем отверстия, принимаем (по конструктивным соображениям) равным 83,8 мм.

Для передачи вращающего момента от шкива на ведущий вал редуктора предусматриваем шпоночное соединение. Поскольку диаметр вала мм, то принимаем шпонку (см. таблицу диаметр вала св. 44 до 50 мм включительно) сечением bЧh = 8Ч7 мм при стандартной глубине паза ступицы 3,3 мм. (общая глубина паза ступицы проектируемого шкива 45,3 мм.

Для исключения концентрации напряжений между ступицей шкива и диском шкива предусматриваем скругление радиусом R = 10 мм.

Для более легкого захода вала редуктора в шкив предусматриваем фаски глубиной 4 мм.

Для более легкого захода вала редуктора в шкив предусматриваем фаски глубиной 4 мм. На наиболее важные размеры шкива (диаметр вала и шпоночный паз) назначаем посадки (Н7 - для диаметра вала, Js7 - для шпоночного паза) и отклонения размеров (+0,2 мм для глубины паза ступицы).

Таблица 3. Нормальные линейные размеры, мм (из ГОСТ 6636-69)

10 10,5 11 11,5 12 13 14 15 16 17	18 19 20 21 22 24 25 26 28 30	32 35 36 38 40 42 45 48 50 55	56 60 65 70 72 75 80 85 90 95	100 105 110 120 125 130 140 150 160 170	180 190 200 210 220 240 250 260 280 300

Размещено на Allbest.ru