Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей icon

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей



Смотрите также:
Рабочая программа...
Рабочая программа...
Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения и экстерната...
Рабочая программа...
Рабочая программа, методические указания...
Рабочая программа...
Рабочая программа...
Рабочая программа...
Программа, методические указания и контрольные задания по учебной дисциплине “ экология” для...
Методические указания, программа...
Методические указания, программа...
Рабочая программа...



страницы: 1   2   3   4   5
вернуться в начало
скачать
^

3 СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

3.1 Тематика практических занятий


Групповые аудиторные занятия посвящены приобретению умений и навыков применения теоретических положений курса для решения инженерных конструкторских задач. Выполняя такую работу, студент использует справочники, учебники и учебные пособия, без чего невозможно решить конструкторскую задачу и приобретает, таким образом, навыки самостоятельной работы с литературой вообще. Как правило, перед выполнением индивидуальных технических заданий, преподаватель дает необходимые пояснения, конкретизирующие и привязывающие теоретические положения курса применительно к решаемым задачам, и сообщает краткие сведения по составлению текста, поясняющего обосновывающего принимаемые решения, и правила его оформления в соответствии с требованием стандартов ЕСКД и СТО ТПУ на текстовые конструкторские документы.

  1. Расчет на прочность при переменных напряжениях 2 часа.

  2. Расчет и конструирование резьбового соединения 2 часа.

  3. Расчет и конструирование сварного соединения 2 часа.

  4. Расчет и конструирование заклепочного соединения 2 часа.

  5. Расчет и конструирование ременной передачи 2 часа.

  6. Расчет и конструирование цепной передачи 2 часа.

  7. Расчет и конструирование зубчатой передачи 2 часа.

  8. Кинематический и силовой расчет электромеханического
    привода 4 часа.
^

3.2 Перечень лабораторных работ


Основные задачи лабораторных занятий – изучение натурных конструкций типовых деталей и узлов машин, освоение методов их исследований и испытаний, изучение сущности работы типовых узлов машин и знакомство на практике на реальных конструкциях с типовыми конструкторскими вопросами (регулирование зацеплений и подшипников передач и их смазывание, технологичность, ремонтопригодность и т. д.).

С учетом материально-технических возможностей кафедры и необходимостью охватить ими основные разделы курса предусмотрены следующие лабораторные работы (в том числе и исследовательского характера):

  1. Усталостные испытания конструкционных материалов 2 часа.

  2. Исследование трения в резьбовом соединении 2 часа.

  3. Исследование нагрузочной способности напряженного
    резьбового соединения 2 часа.

  4. Зубчатые редукторы. Изучение устройства, определение
    геометрических и нагрузочной характеристик цилиндрических
    эвольвентных передач 4 часа.

  5. Изучение конструкций червячных редукторов 2 часа.

  6. Исследование тяговой способности ременной передачи 2 часа.

  7. Определение КПД червячной передачи 2 часа.

  8. Исследование статических и динамических характеристик
    гидродинамических и центробежных предохранительных муфт 4 часа.

Тематика практических и лабораторных занятий определяется преподавателем.
^

4 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1. Общие методические указания


Для активизации изучения основ теории курса и приобретения начальных знаний и умений проектирования простейших механических устройств каждый студент должен выполнить индивидуальную контрольную работу и представить ее на кафедру теоретической и прикладной механики для рецензирования. В случае положительной рецензии контрольная работа представляется к защите и защищается у преподавателя, ведущего практические занятия в данной учебной группе. Студент, успешно защитивший контрольную работу (правильно ответивший на большую часть вопросов), допускается к сдаче экзамена по курсу.
^ Студент, не выполнивший названные требования, к сдаче экзамена не допускается.

Индивидуальное домашнее задание (ИДЗ) включает в себя разделы курса, которые практически не прорабатываются при выполнении курсового проекта и имеет своей целью приобретение первичных знаний, умений и начальных навыков расчета и конструирования простейших деталей машин и их неподвижных соединений.

Контрольная работа состоит из 3-х или 4-х индивидуальных задач, называемых группой задач, (см. табл. 1) на проектирование основных типов неподвижных соединений деталей машин (резьбового, заклепочного, сварного, штифтового).

Номер группы задач, обязательных для выполнения, – это личный шифр студента в учебной группе. В номере зачетной книжки студента он расположен после номера учебной группы и состоит из 2-х последних цифр. Если порядковый номер фамилии студента больше 35, то номер группы задач студента следует принять равным сумме цифр этого порядкового номера. Номером варианта числовых исходных данных считать последнюю цифру в номере зачетной книжки. Если она нуль, то следует выполнять десятый вариант.

^ Задание на контрольную работу выдаются на кафедре теоретической и прикладной механики. Если студент не получил задание на установочной лекции, то он может получить его после обращения на кафедру по электронному адресу Kafedra_TPM@mail.ru. В электронном письме необходимо сформулировать запрос, указать фамилию, имя, отчество и номер зачетной книжки.

Выполнять и оформлять ИДЗ следует в соответствии с требованиями стандартов 2.105-95 ЕСКД и СТО ТПУ 2.5.01-2006 [18, 19] на текстовые конструкторские документы.

В виде исключения (в особых случаях) эти задания можно выполнить в школьной тетради, оставляя на ее страницах поля шириной 30–35 мм для замечаний руководителя работы. Записи следует вести чернилами (пастой) одного цвета (фиолетовыми, синими или черными), аккуратно, четким разборчивым почерком с расстоянием (просветом) между строчками 6–8 мм. Если автор работы имеет неразборчивый почерк, то текст следует писать чертежным шрифтом ГОСТ 2.304-68 ЕСКД с высотой букв и цифр (включая индексы в обозначениях) не менее 2,5 мм.

Таблица 1

Соответствие номера группы задач и количества задач в ней

№ группы

Количество задач

№ группы

Количество задач

№ группы

Количество задач

1

4 задачи

13

3 задачи

25

3 задачи

2

3 задачи

14

3 задачи

26

3 задачи

3

4 задачи

15

3 задачи

27

3 задачи

4

4 задачи

16

3 задачи

28

3 задачи

5

4 задачи

17

3 задачи

29

3 задачи

6

4 задачи

18

3 задачи

30

3 задачи

7

3 задачи

19

3 задачи

31

3 задачи

8

3 задачи

20

3 задачи

32

3 задачи

9

3 задачи

21

3 задачи

33

3 задачи

10

3 задачи

22

3 задачи

34

3 задачи

11

3 задачи

23

3 задачи

35

3 задачи

12

3 задачи

24

3 задачи







^ Контрольное задание должно содержать:

  1. Номера группы задач и варианта числовых исходных данных с обязательной ссылкой в общепринятой форме по ГОСТ 7.1-2003 на источник, из которого они взяты, например, группа задач 8, вариант 3 [1, с. 58–60]; здесь 1 – первый источник в списке литературы, из которого они взяты, и затем указано их размещение в этом источнике.

  2. Текст условия соответствующей задачи, без сокращений, с эскизом устройства и внешней нагрузкой им воспринимаемой (силой, моментом сил); при возможности следует привести ксерокопию задания;

  3. Расчеты с пояснениями, расшифровками используемых в расчетах символов (буквенных обозначений), обоснованиями принимаемых величин, используемых в расчетах формул, ссылками на источники, из которых они взяты, и необходимыми дополнительными эскизами, расчетными схемами, сечениями и т. д.;

  4. Анализ полученных результатов и заключения (выводы) по каждой задаче;

  5. Список литературы (печатных источников, общий для всех задач), на которые имеются ссылки в расчетах, по принятой в соответствии с ГОСТ 7.1-2003 форме;

  6. Подпись автора расчетов и дата их выполнения: на первом (титульном) листе записки (рис. 1) в соответствии с [18, 19]. Эскизы, схемы эпюры и чертежи выполняются карандашом, с соблюдением общепринятых правил и стандартов их выполнения, с использованием линейки, циркуля; допускается их выполнение (кроме чертежей) без соблюдения масштабов. На эскизах, схемах, сечениях размеры обозначают буквами (латинского алфавита).

Все используемые в расчетах буквенные обозначения (символы) должны поясняться. Пояснение (расшифровка) производится только один раз (когда символ впервые используется). Не допускается использование одного и того же символа для обозначения разных величин.

При решении задачи намечается план решения, поясняются допущения, заложенные в его основу, и затем выполняется это решение. Причем, все необходимые вычисления, по возможности, производятся в общем виде, с использованием принятых условных (буквенных) обозначений; затем в полученное таким образом буквенное выражение подставляются их числовые значения в соответствующей размерности и записывается числовой ответ.

Размерность определяемой величины указывают в тексте перед зависимостью, по которой она вычисляется, после ее названия (или после формулы в расшифровке используемых в ней символов). Числовые значения подставляют строго в той же последовательности, в какой расположены буквенные обозначения, не производя при этом никаких промежуточных вычислений (это необходимо для самоконтроля и контроля выполняемых расчетов). Особое внимание следует обратить на размерности подставляемых и получаемых величин. Единицы правой и левой частей уравнений должны совпадать, если теоретическая формула записана в развернутом виде (без промежуточных сокращений). Например, размер поперечного сечения круглого стержня, нагруженного изгибающим моментом, определяется по зависимости:

,

где d – диаметр оси, ; – момент, изгибающий ось, H·м;

– допускаемое напряжение на изгиб, .

Здесь единица левой и правой частей формулы – одна и та же (метры). Такой результат, естественно, можно получить только в том случае, если для всех одноименных величин, входящих в зависимость, будут использованы одинаковые единицы измерений, как это сделано в рассматриваемом примере, где сила измеряется в Ньютонах, а размеры (расстояния) в метрах.





Томский политехнический университет

Кафедра теоретической и прикладной механики


^ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

РАСЧЕТЫ И КОНСТРУИРОВАНИЕ


Индивидуальное домашнее задание по курсу «Детали

машин и основы конструирования»








Студент гр.З-4641 __ (подпись) А.В.Иванов





(дата)



20




(Номер зачетной книжки З-4641/15)______________________

(Только для студентов ИДО ТПУ)


Руководитель (подпись) К.И. Сидоров


(дата)


Томск 2008


210






Рис. 1. – Форма титульного листа расчетов по ИДЗ

Если для расчетов используется готовая зависимость (из литературного источника), то при расшифровке входящих в нее величин необходимо обязательно указывать их размерности, указывая и размерность вычисляемой по этой зависимости величины. В случае, когда не требуется давать расшифровку, входящих в формулу величин, (они уже встречались в расчетах по данной задаче) обязательно указывается размерность всех величин, в том числе и вычисляемой.

Решение задачи выполняется в логической последовательности в соответствии с намеченным планом, обосновывается теоретически и поясняется необходимым текстом и краткими записями произведенных действий.

Для обоснования используемых в расчетах зависимостей, принимаемых величин, необходимо указывать литературный источник, в котором они приведены, или в котором имеются соответствующие рекомендации. Ссылки на литературу или другие официальные источники следует давать в соответствии с ГОСТ 7.1-2003 непосредственно в тексте, указывая в квадратных скобках арабскими цифрами порядковый номер источника в списке литературы и через запятую – номер страницы, на которой приведена соответствующая информация. Например: «Межосевое расстояние цилиндрической зубчатой передачи из условия контактной выносливости [2, с.248]…».

Допускается в соответствии с ГОСТ 2.105-95 делать ссылки на стандарты, технические условия, инструкции и другие документы при условии, что последние полностью и однозначно определяют изделие или соответствующие требования к нему. При ссылке на стандарты и технические условия допускается указывать только обозначение документа (без указания его наименования).

В Российской Федерации в качестве стандартных единиц физических величин приняты единицы СИ (ГОСТ 8.417-81, «ГСИ. Единицы физических величин»). Поэтому все расчеты в работе необходимо выполнять в этих единицах.

В некоторых случаях основные и производные единицы системы СИ бывают неудобны для использования. В таких случаях пользуются кратными и дольными единицами, которые образуются добавлением, к корневой части названия единиц приставок, регламентированных ГОСТ 7663-55, например, меганьютон (), килоньютон (), мегаграмм (), миллиметр (), киловатт () и т. д. Недопустимо присоединение двух приставок к грамматической основе наименования, например, килокилограмм.

Достаточная точность прочностных расчетов в машиностроении: для сил – десятки , для моментов от сил – десятые доли H·м и для напряжений – десятки .

Вычисленные значения величин округляются и принимаются (в качестве окончательного результата) по соответствующим стандартам, если таковы имеются для рассчитываемых деталей и величин.

Все полученные из расчетов линейные величины (размеры), если для них нет специальных стандартов, принимаются в соответствии с нормальным рядом размеров в машиностроении – ГОСТ 6636-69[16, т.1] и др.

Методика решения задач по курсу «Детали машин и основы конструирования» существенно отличается от методик решения задач по общетехническим дисциплинам, предшествующих этому курсу. Это отличие заключается главным образом в необходимости использовать справочную техническую литературу, стандарты, обосновывать выбор различных величин и коэффициентов, входящих в расчетные зависимости, составлять расчетные схемы и выполнять проектно-конструкторские эскизы. Поэтому для студентов важно не только познание теории, но и приобретение навыков самостоятельного решения типовых инженерно-конструкторских задач и овладение методикой проектно-конструкторского расчета.

Наиболее общие приемы решения задач по курсу можно изложить следующим образом:

  1. Внимательно изучить условия задачи, самостоятельно выбрать и обосновать недостающие данные.

  2. Составить расчетную схему (расчетную модель) или эскизный чертеж рассчитываемой конструкции, детали, узла (сборочной единицы) и показать все заданные внешние силы, моменты сил и т. д.

  3. По учебнику, справочнику или учебному пособию хорошо ознакомиться со всеми вопросами данного раздела курса, (к которому относится решаемая задача), в том числе и с примерами решения аналогичных задач, и затем наметить план решения этой задачи.

  4. Написать в общем виде расчетные формулы, связывающие заданные и искомые величины, расшифровать все величины, входящие в расчетную зависимость (которые не были пояснены ранее).

  5. При необходимости дополнительных сведений, определения каких-то величин, входящих в расчетные зависимости, провести их определение с пояснениями и обоснованиями.

  6. Выполнить, по возможности, все вычисления в общем виде, получить необходимую для определения искомой величины зависимость, привести числовые значения известных, принимаемых и определяемых промежуточных величин с указанием их размерностей (с соответствующими обоснованиями и ссылками на литературу), подставить числовые значения и найти результат.

  7. Принять окончательные значения искомых величин по стандартам, если они имеются для этих деталей (заклепки, резьбовые детали, шпонки и т. д.) или же по общим стандартам на их размеры.

  8. В конце работы привести список литературы (на которую имеется ссылка в расчетах). На обложке тетради контрольной работы кроме фамилии (с инициалами) студент должен указать номер группы (шифр), название дисциплины по учебному плану и название представляемой работы: «Соединения деталей машин. Расчет и конструирование» (рис. 1).

Студенты института дистанционного образования выполненное задание представляют в институт на рецензию. Оно должно быть представлено в течении семестра (не позднее срока, который обеспечит его поступление на кафедру как минимум за неделю до начала сессии).

ИДЗ, контрольные работы, оформленные небрежно, без соблюдений предъявленных к ним требований или поступившие после указанного срока, не рассматриваются.

Контрольные работы с правильными решениями, после рецензирования остаются у преподавателя или возвращаются студенту для защиты их в сессию.

Контрольная работа считается зачтенной только после ее успешной защиты. Работы с неправильными решениями после рецензирования возвращаются студенту для исправления ошибок и доработки.


^ 4.2 Индивидуальные технические задания
на контрольную работу «Соединения деталей машин»



В этом разделе приведены 35 комплектов (групп) задач, по 3–4 задачи в каждом комплекте, включающих эскиз или схему устройства с использованием наиболее распространенных соединений деталей машин – резьбового, штифтового, заклепочного и сварного (на 110 страницах в виде приложения к настоящему изданию). Кроме того, для каждой группы приведены таблицы числовых исходных данных (10 числовых вариантов) для каждой задачи и, при необходимости, пояснения, уточняющие исходные данные. Дополнительные данные, необходимые для решения задачи, обоснованно принимаются разработчиком и приводятся в тексте записки в тех местах, где они стали необходимыми, и указывается их источник (в списке литературы, приводимой в конце расчетов).

Каждый студент получает индивидуально одну группу задач (см. раздел 4.1).


^ 4.3 Расчет и конструирование соединений деталей машин

Введение

Детали в механизмах и машинах соединяются друг с другом подвижно или неподвижно. Подвижные связи обусловлены кинематикой машины (механизма); неподвижные – целесообразностью ее деления на блоки, узлы, детали с целью упрощения ее изготовления, транспортировки, ремонта и т. п. Взаимная неподвижность деталей обеспечивается с помощью различных конструктивных и технологических средств, называемых соединениями, которые могут быть неразъемными и разъемными.

Неразъемные соединения (сварные, паяные, клеевые и др.) нельзя разобрать без повреждения одной или нескольких деталей такого устройства. Применяют неразъемные соединения в основном по технологическим и экономическим соображениям.

Разъемные соединения [резьбовые, штифтовые, зубчатые (шлицевые), шпоночные, профильные, клеммовые, с упорными пружинными кольцами и др.] разбирают без повреждения соединяемых деталей. Промежуточное положение между разъемными и неразъемными занимают соединения с гарантированным натягом. Часто такие соединения рассматривают как неразъемные, поскольку их разборка может вызвать повреждения посадочных поверхностей и уменьшение нагрузочной способности устройства. В случае малых натягов, характерных, например, для колец подшипников качения, эти повреждения незначительны даже при достаточно частых разборках.

Соединения являются важными и наиболее распространенными элементами механических устройств. Многие аварии и другие отказы в работе машин и сооружений происходят из-за плохого качества соединения деталей машин. Так, например, опытом эксплуатации отечественных и зарубежных самолетов установлено, что долговечность фюзеляжа определяется прежде всего усталостными разрушениями, из которых до 85 % приходится на резьбовые и заклепочные соединения. Таких соединений в конструкциях современных тяжелых широкофюзеляжных самолетов (ИЛ-86, АН-124) огромное количество: до 700 тыс. болтов и до 1,5 млн. заклепок.

Основным критерием работоспособности и расчета соединений являются прочность (статическая и усталостная), но в ряде случаев необходимо обеспечить и герметичность, а иногда и жесткость соединения.

При проектировании необходимо стремиться к равнопрочности соединения и соединяемых деталей, что обеспечит минимальную массу изделия и уменьшение его стоимости, а также к тому, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкцию и т. п. Например, соединение труб стыковой сваркой наилучший вариант для неразборной конструкции. Оно в наибольшей степени приближает составные изделия к целому. В случае необходимости обеспечить разборность соединения не избежать применения болтового соединения и фланцев на концах труб.

Учитывая широкое применение и их большое влияние на надежность и долговечность машин и механизмов, в курсах по основам конструирования деталей и узлов машин им уделяется достаточно большое внимание, в том числе предусмотрено выполнение индивидуальных аудиторно-домашних заданий по проектированию таких устройств.

Из всего многообразия названных устройств более разнообразны и интересны для проектирования соединения с плоскими сопряженными поверхностями, которые и рассматриваются в настоящей разработке. В ней приведено достаточно много разновидностей таких соединений (см. подраздел 4.2). В данном подразделе даны необходимые пояснения по их расчету и конструированию, а в разделе 6 приведена необходимая для выполнения такой работы литература [1–17] и др.

^ 4.3.1 Резьбовые соединения

Соединения с помощью деталей, имеющих резьбу, – резьбовые применя­ются очень широко (свыше 60 % всех деталей имеют резьбу). Наиболее часто их используют для неподвижного соединения деталей с помощью крепежных (обычно метрической) резьб. Проверка работоспособности таких соединений (определение диаметра стержня с резьбой) производится расчетом на прочность.

Достаточно часто винтовые пары (детали с резьбой) используют для передачи движения (с помощью специальных – ходовых резьб: прямоугольной, трапецеидальной и др.). Проверяют работоспособность винтовых кинематических пар на износостойкость (по величине давления или произведения давления на относительную линейную скорость перемещения элементов пары). При достаточно большой длине стержня с ходовой резьбой последний проверяют на продольную устойчивость. Методика такой проверки стержня приведена в [1–5], [17] и др.

Крепежные групповые соединения. Для их расчета необходимо определить расчетную нагрузку на один стержень с резьбой (болт, винт). Эта нагрузка обусловлена назначением, конструкцией соединения и положением внешних сил его нагружающих. С учетом этих общих соображений все многообразие резьбовых соединений можно представить в виде двух разновидностей: ненапряженных и напряженных. Первые – это такие, в которых до приложения внешней нагрузки напряжения отсутствуют (если не считать напряжения от собственного веса, которые обычно малы и не учитываются при расчете, например, резьбовые соединения грузового крюка, грузовой петли с несущими элементами грузозахватного устройства грузоподъемных кранов и др.). Вторые, – которые до приложения внешней нагрузки имеют значительные напряжения, возникающие при сборке (в результате предварительной затяжки резьбового соединения). Подавляющее большинство крепежных резьбовых соединений являются напряженными.

Напряженные резьбовые соединения различают по положению внешней силы относительно плоскости стыка соединения: сила в плоскости стыка (или параллельна ей) и сила перпендикулярная этой плоскости.

Различное положение внешней силы относительно плоскости стыка обуславливает различный характер взаимодействия всех деталей соединения. Так, если сила находится в плоскости стыка, то условием нормальной работы соединения является предотвращение сдвига деталей соединения; если внешняя сила параллельна плоскости стыка, то необходимо предотвращение и сдвига и раскрытия стыка.

При внешней силе, перпендикулярной плоскости стыка, необходимо предотвратить раскрытие стыка или уменьшение давления на стыке ниже определенного уровня. Последнее требование относится к герметичным стыкам (крышки сосудов под давлением, фланцы трубопроводов под давлением и т. д.).

В групповых соединениях нагрузка на каждый болт (винт) считается одинаковой при центральной внешней силе (сила проходит через центр поля расположения болтов и перпендикулярна плоскости стыка или находится в ней).

^ 4.3.1.1 Нецентральная внешняя сила в плоскости стыка

В случае нецентральной внешней силы, задача (по определению внешней нагрузки на один болт) сводится к нагрузке в виде центральной внешней силы и момента (моментов) от силы, раскрывающей или сдвигающей детали стыка (или делающей одновременно и то и другое). Определение нагрузки на каждый болт (винт) от центральной внешней силы см. предыдущий абзац. Нагрузка на каждый болт от момента можно определить при известных координатах расположения болтов (крепежных деталей). Если эти координаты неизвестны, то их следует обоснованно принять, предварительно определив из условия прочности размеры присоединяемой детали (ширину, длину) и размеры поля расположения болтов. При этом необходимо использовать рекомендации по расположению заклепок в заклепочном соединении, по соотношению диаметров стержней заклепок (болтов) и толщины соединяемых деталей (диаметр стержня заклепки, болта равен примерно полутора-двум толщинам присоединяемой детали). Затем принять количество болтов, заклепок (не менее двух и не более 5–6, если они расположены по линии), а также учесть конструктивные особенности присоединяемых деталей (полосовая, угловая или швеллерная сталь). Располагать болты (заклепки) необходимо (для уменьшения силы на каждый крепежный элемент от внешнего момента) на возможно большем расстоянии от центра поля расположения этих элементов, выполняя при этом все требования к их размещению (расстояние отверстий в присоединяемой детали от ее края, наличие скруглений в присоединяемых деталях из углового и швеллерного проката, возможность завинчивания гаек, винтов и др.).

Располагать крепежные элементы (для исключения нецентрального расположения продольной силы в стержне) следует по линии, проходящей через центр массы поперечного сечения присоединяемого стержня или по линиям симметрично расположенным относительно этого центра.

При определении нагрузки на болты соединения от момента в случае, когда внешняя сила расположена в плоскости стыка, полагают, что соединяемые детали достаточно жесткие (их упругие деформации не учитывают) и что одна из них под действием момента поворачивается относительно центра поля расположения болтов. При этом считают, что нагрузки на болты от момента пропорциональны их деформациям, которые, в свою очередь, для принятой расчетной модели, пропорциональны расстояниям этих болтов от центра стыка (центра поля расположения болтов). Поскольку при повороте рычага относительно неподвижной точки все его точки перемещаются по дугам окружностей соответствующих радиусов, то направления их перемещений, скоростей и усилий в рассматриваемом случае – перпендикулярны этим радиусам.

Общая внешняя нагрузка для каждого болта равна векторной сумме нагрузок от внешней силы и ее момента . Задача решается либо графическим либо аналитическим методами. Для ускорения ее решения можно пренебречь углами между силами, не превышающими 20 град. В соответствии с принципом унификации диаметры болтов соединения принимают одинаковыми и определяют по наибольшей из суммарных нагрузок.

Болты с поперечной нагрузкой (внешняя сила в плоскости стыка) рассчитывают на срез и смятие, если они установлены без зазора, и на растяжение по требуемой силе затяжки, если они установлены с зазором [1– 7] и др.


^ 4.3.1.2 Внешняя сила, параллельная плоскости стыка

Этот случай нагружения (рис. 2) сводится к центральной силе в плоскости стыка, рассмотренной в пункте 4.3.1.1, и моменту от внешней силы в плоскости, перпендикулярной плоскости стыка и совпадающей с плоскостью действия внешней силы.



Рис. 2

Внешняя поперечная сила считается при этом равномерно распределенной между болтами. Она создает дополнительные напряжения (среза, смятия) в стержне болта, если они установлены без зазора, или дополнительные напряжения растяжения от усилия затяжки для создания сил трения на стыке, исключающих смещение одной детали относительно другой, если болты установлены с зазором. Это дополнительное усилие затяжки можно считать частью внешней нагрузки, вызывающей растяжение болта

.

Здесь – внешняя нагрузка; – запас сцепления; – число болтов соединения (не менее 2-х); – коэффициент трения на стыке деталей; – число пар плоскостей трения в стыке; в рассматриваемом случае .

Нагрузка соединения от момента внешней силы раскрывает стык, поворачивая деталь относительно оси, расположенной в плоскости стыка и перпендикулярной плоскости действия внешнего момента. Полагают, что эта ось проходит через центр поля расположения болтов стыка (точка на рис. 2), если соединяемые детали металлические. В этом случае силы от момента будут нагружать болты левой стороны соединения. Величина этой силы на один болт

Для исключения раскрытия стыка от необходима затяжка соединения с усилием (для негерметичных соединений). Для герметичных.

Расчетная нагрузка на болт для схемы нагружения на рис. 2 – для болтов, установленных с зазором; – для болтов, установленных без зазора. В этих выражениях – коэффициент, учитывающий дополнительные напряжения от кручения (от момента в резьбе), возникающие при сборке (затяжке) резьбового соединения.
Для метрических резьб этот коэффициент находится в пределах (в зависимости от состояния поверхности и наличия или отсутствия смазки) . Для средних обычных условий принимают .

Для болтов с поперечными и осевыми нагрузками необходимо результирующее рабочее напряжение находить по одной из теорий прочности и сопоставлять с допускаемым.

^ 4.3.1.3 Нецентральная внешняя сила,
перпендикулярная плоскости стыка


Такой случай нагружения (рис. 3) приводится к центральной силе, нагрузка от которой на каждый болт считается одинаковой для всех болтов, и к моменту от внешней силы, раскрывающему стык. Для схемы нагружения на рис. 3 суммарная внешняя нагрузка на один болт правой стороны соединения равна , где и .



Рис. 3

Здесь усилие от момента найдено для соединения металлических деталей (поворот присоединяемой детали предполагается относительно оси, проходящей через точку ).

Для случая соединения металлической детали с неметаллической первая рассматривается как абсолютно жесткая и поворот ее относительно неметаллической полагают происходит относительно кромки металлической детали или, для упрощения, линии расположения, находящихся рядом болтов соединения (через точку на рис. 3). В этом случае плечо силы от момента воспринимаемой болтами будет равно не одному , а двум , и сила на болты от момента будет .

После определения внешней силы на один болт соединения определяют силу, действующую на болт после приложения внешней нагрузки , учитывая упругие деформации болта и соединяемых деталей. Она равна сумме усилия затяжки и доли внешней нагрузки на болт, воспринимаемой им после приложения внешней нагрузки:

.

В этом выражении – коэффициент внешней нагрузки, – коэффициент затяжки.

В свою очередь , где – коэффициенты жесткости податливости болта и соединяемых деталей.

Коэффициент жесткости. или (в этих выражениях – деформация, вызываемая силой ). При известных размерах резьбового соединения эти коэффициенты легко вычисляются. Для вычисления в литературе обычно используют коэффициенты податливости болта и соединяемых деталей.

В простейшем случае при болтах постоянного диаметра и металлических деталях (рис. 4) имеем:

; ; ,

где , , – длина и толщины, модули упругости и площади поперечных сечений болта и деталей.

Для длинных болтов . В случае коротких болтов следует учитывать податливость резьбы и головки болта. Для этого к расчетной длине болта прибавляют примерно половину высоты гайки и при (здесь – высота головки болта).

В более сложном общем случае (для деталей на рис. 4) коэффициенты податливости определяются по сумме податливостей отдельных участков болта и отдельных деталей

;

.



Рис. 4

В приведенной зависимости при определении расчетной площади имеют в виду площадь только той части детали, которая деформируется при затяжке болта. Приближенное определение этой площади показано на рис. 4. При ее определении полагают, что деформации от гайки и головки болта распространяются вглубь деталей по конусам влияния с углом (или ). Конусы влияния заменяют цилиндрами диаметров и . Тогда площади поперечного сечения деталей будут равны (при )

и ,

где и – размеры под ключ гайки и болтов винта.

Зависимости для определения податливости толстостенных деталей приведены в [10].

В реальных конструкциях возможен случай, когда конус давления выходит за пределы детали. В этом случае податливость детали определяется по частям – в пределах конуса влияния и вне его (по реальной площади поперечного сечения детали) и общую податливость детали находят как сумму податливостей отдельных частей детали.

Коэффициент затяжки. Для исключения раскрытия стыка напряженного резьбового соединения целесообразно применять высокую затяжку, особенно при переменных напряжениях.

По условию нераскрытия стыка при постоянной нагрузке ; при переменной – .

По условию герметичности: при мягкой прокладке ; при металлической фасонной прокладке ; при металлической плоской прокладке .

Для выполнения проектного расчета диаметра болта резьбового соединения необходимо определить расчетную силу – силу, действующую на болт после приложения внешней нагрузки с учетом дополнительных напряжений кручения, возникающих при завинчивании гайки при сборке соединения или при подтягивании под нагрузкой. В первом случае она равна . Во втором – . Значение можно найти в подразделе 4.3.1.2.

Таким образом, для определения расчетной силы следует определить внешнюю нагрузку на один наиболее нагруженный болт , обоснованно принять коэффициент затяжки и необходимо задаться значением коэффициента внешней нагрузки . На основании опыта проектирования и испытаний конструкций установлено, что для соединений без мягких прокладок ; ориентировочно при прокладке из мягкой меди ; из картона или асбеста ; из резины .

Определив расчетную нагрузку, находят из условия прочности внутренний диаметр резьбы. По стандарту, зная расчетный внутренний диаметр находят диаметр метрической резьбы с крупным шагом (или, при необходимости, с мелким).

Выполнив расчеты и сконструировав резьбовое соединение, следует определить по приведенным выше зависимостям коэффициенты податливости болта, деталей и коэффициент внешней нагрузки . Если окажется, что для разработанного соединения отличается от предварительно принятого больше чем на 10 % , то необходимо уточнить расчеты (либо аргументировано показать, почему такие уточнения не требуется делать).

^ 4.3.2 Заклепочные соединения

Заклепочные соединения – это соединения деталей машин с помощью заклепок, которые представляют собой круглые стержни с двумя головками. Одна из головок (закладочная) получается при изготовлении заклепки, а другая (замыкающая) образуется при выполнении такого соединения.

Достоинствами заклепочных соединений являются стабильность и контролируемость качества исполнения, а также меньшая повреждаемость соединяемых деталей при разборке.

Недостатками – повышенный расход металла и высокая стоимость, невозможность получения рациональных форм поперечных сечений деталей таким способом.

Область применения заклепочных соединений ограничивается следующими случаями:

  1. соединения, в которых высокий нагрев (до плавления) недопустим из-за отпуска термообработанных деталей или коробления окончательно обработанных точных деталей;

  2. соединения деталей из несвариваемых материалов;

  3. соединения, воспринимающие большие повторные ударные и вибрационные нагрузки, например, соединения в авиа- и судостроении (в современном пассажирском самолете используется несколько миллионов заклепок).

Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для формирования головок и одинаковым с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии. Стальные заклепки обычно изготовляются из сталей Ст.2, Ст.3, 15,09Г2 и др. Из легких сплавов для заклепок применяют сплавы В65, АД1 (на основе алюминия) и ОТ4, ВТ16 и др. (на основе титана).

Типы заклепочных соединений. По конструкции соединения подразделяются (рис. 5):

а) соединения стыковые

  • с одной накладкой;

  • с двумя накладками;

    б) соединения в нахлестку

  • однорядные;

  • многорядные;

    в) по числу плоскостей среза

  • односрезные;

  • двухсрезные.



Рис. 5

    Основные параметры заклепочных швов. Диаметр заклепок в односрезных силовых соединениях принимают равным , где – толщина соединяемых элементов. В авиастроении принимают .

    Шаг расположения заклепок в однорядном односрезном соединении принимают , в двухсрезном – , в двухрядных соединениях – .

    Расстояние от оси заклепки до края листа (детали) принимают равным около .

    Расчет заклепочных соединений. Определение размеров заклепочного соединения следует начинать с определения размеров соединяемых деталей. Зная толщину деталей и используя приведенные выше рекомендации, находят диаметр заклепки и затем из условия прочности находят число заклепок. Так рассчитывают соединение, если внешняя сила проходит через центр поля расположения заклепок и нагрузка на каждую заклепку предполагается одинаковой. При нецентральной внешней силе заклепочное соединение рассчитывают как болтовое соединение с поперечной нагрузкой в плоскости стыка (см. подраздел 4.3.1.1).

    Заклепки в значительной мере условно рассчитывают на срез и смятие, как болты с поперечной нагрузкой, установленные без зазора (не учитывается сила трения на стыке деталей, технология получения заклепочного соединения и др.).

    Допускаемые напряжения. Для заклепок из сталей Ст.0, Ст.2, Ст.3 принимают допускаемое напряжение на срез , при сверленных отверстиях, а для продавливаемых .

    Допускаемое напряжение на смятие для сталей Ст.0, Ст.2 при сверленных отверстиях – , а при продавливаемых – ; для стали Ст.3 соответственно и .

    При переменных нагрузках допускаемые напряжения рекомендуют понижать в среднем на 10–20 %.

    Кроме проверки прочности заклепок необходимо проверять прочность соединяемых деталей, испытывающих напряжение растяжения. Для этого находят силу на полоску детали шириной равной шагу расположения заклепок и находят площадь поперечного сечения такой полоски с учетом отверстия под заклепку, т. е. из шага вычитают диаметр отверстия. Допускаемое напряжение для детали из стали Ст.3 равно .

    ^ 4.3.3 Сварные соединения

    4.3.3.1 Общие сведения

    Сварные соединения – наиболее рациональный и распространенный вид неразъемных соединений. Они широко применяются в строительстве, машиностроении и других областях техники. Сварка обеспечивает образование межатомных связей между соединяемыми элементами при их местном нагревании до плавления (сварка плавлением) или до полурасплавленного (тестообразного) состояния с последующим сдавливанием (контактная сварка или сварка давлением).

    Из всех видов сварки плавлением наиболее широкое применение получила сварка металлическим плавящимся электродом, изобретенная в России в конце 19 века.

    Электродуговая сварка может выполнятся вручную, автоматически под слоем флюса.

    Для сварки высоколегированных сталей и сплавов (алюминиевых, титановых) используют аргонодуговую или электронно-лучевую сварку в вакуумной камере и др.

    Достоинства сварных соединений:

  1. возможность получения изделий больших размеров;

  2. уменьшение массы изделия по сравнению с литыми деталями до 30–50 %, с клепанными до 20 %;

  3. уменьшение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства;

  4. малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации.

    Недостатки сварных соединений:

  1. вероятность возникновения различных дефектов в шве при сварке плавлением;

  2. низкая прочность швов при электроконтактной сварке при отклонениях технологического процесса;

  3. затруднен контроль качества швов;

  4. возникновение в шве остаточных напряжений, снижающих прочность шва;

  5. изменение механических свойств металла (их ухудшение) в зоне термического влияния (рядом со швом).

^ 4.3.3.2 Конструкции и расчеты на прочность

Конструктивные разновидности сварных соединений. По взаимному положению соединяемых сваркой деталей различают следующие разновидности сварных соединений: стыковые, внахлестку (нахлестные), тавровые, угловые.

Стыковые соединения являются наиболее рациональными, приближающимся по форме и прочности к соединяемым деталям. Они образуются при полной проварке стыка торцов соединяемых деталей с помощью дуговой (рис. 6, а–д) или контактной (рис. 6, е) электросварки.

Полный и бездефектный провар стыка обеспечивает прочность сварного шва близкую к прочности соединяемых деталей (основного металла) при статическом нагружении. Для этого кромки деталей, соединяемых дуговой сваркой, механически обрабатывают (см. рис. 6, а–д), в том числе и кромки детали таврового соединения с полным проваром (см. рис. 6, д). Торцы деталей под стыковую электроконтактную сварку выполняют плоскими (см. рис. 6, е).




Рис. 6

Стыковые швы при статическом нагружении разрушаются по шву или в зоне термического влияния (расположенном рядом со швом – участком детали, в котором в результате нагрева при сварке изменяется структура и ухудшаются прочностные характеристики металла). Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в этой зоне. Поэтому расчет прочности стыкового соединения принято выполнять по размерам поперечного сечения детали в этом месте. Возможное снижение прочности деталей, обусловленное сваркой, учитывают соответствующим уменьшением допускаемого напряжения для соединения (шва) в сравнении с аналогичной величиной для материала деталей (табл. 2). Так, при расчете полосы, сваренной встык (см. рис. 6): условие прочности на растяжение (сжатие) ;

на изгиб – ;

на кручение .

В этих выражениях и – ширина и толщина полосы; , , – допускаемые напряжения для сварных соединений соответственно при растяжении, изгибе и кручении.

Если полоса нагружена одновременно всеми названными силовыми факторами, то расчет на статическую прочность проводят по эквивалентному напряжению . Для определения обычно используют энергетическую (четвертую) теорию прочности

.

В условии прочности при кручении – момент инерции сечения при кручении (полярный момент инерции); – расстояние оси вращения (оси, проходящей через центр поля поперечного сечения) до наиболее удаленной точки этого сечения. Для поперечного сечения в виде прямоугольника (рис. 7).



Рис. 7

При определении размеров поперечного сечения детали даже при действии одного силового фактора в приведенных условиях прочности две неизвестных величины. Естественно, что для решения задачи необходимо еще одно уравнение, например, необходимо задаться из обоснованных соображений абсолютным (или относительным) значением одной из неизвестных, или , или принять определенное соотношение между ними, т. е. сконструировать соединение и затем проверить его прочность. Тем более, именно так следует сделать в случае наличия двух или трех силовых факторов.

Нахлесточные соединения выполняются с помощью угловых швов (рис. 8). В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные 1, выпуклые 2, вогнутые 3. обычно применяются нормальные швы.



Рис. 8

Основные геометрические характеристики углового шва: катет и высота прямоугольного треугольника по биссектрисе прямого угла ; для нормального шва . По технологическим соображениям принимают , если толщина детали мм. В большинстве случаев (здесь – минимальная толщина свариваемых деталей).

В зависимости от расположения относительно линии действия силы различают швы: лобовые (см. рис. 8) – шов перпендикулярен линии действия силы; фланговые (рис. 9) – шов параллелен линии действия силы и косые (рис 10).

Деформация сварных деталей под нагрузкой приводит к неравномерности распределения нагрузки по длине фланговых швов и чем длиннее, тем больше. Поэтому ограничивают длину таких швов . Неравномерность нагружения по длине флангового шва обусловлена разными деформациями деталей соединения.

При расчетах на статическую прочность эту неравномерность распределения нагрузки не учитывают.

Разрушение угловых швов при статическом нагружении происходит по наименьшей площади (опасное сечение см. рис. 8), проходящей по биссектрисе прямого угла поперечного сечения шва. В опасном сечении угловые швы испытывают, как правило, сложное напряженное состояние, которое невозможно описать простыми зависимостями. Поэтому расчет угловых швов при любом способе нагружения ведут по касательному напряжению равномерно распределенному по высоте опасного сечения.



Рис. 9

При центральном (осесимметричном) нагружении, когда линия действия силы проходит через центр тяжести (масс) швов (см. рис. 9) условие статической прочности (для фланговых швов)

,

где – длина фланговых швов;

– допускаемое касательное напряжение (среза) для угловых швов (табл. 2).

Аналогично рассчитывают на прочность лобовые и косые швы, только вместо в условии прочности подставляют или (см. рис. 8 и рис. 10). Это принято с целью упрощения расчета комбинированных швов, имеющих фланговые и лобовые швы, тем более, что расчет последних с учетом касательных и нормальных напряжений практически дает такой же результат, что и расчет только по касательным напряжениям.



Рис. 10

При расчете комбинированного шва с центральным нагружением силой в условии прочности подставляется суммарная длина швов . Здесь (рис. 9) или . Если лобовой шов один, то из условия равнопрочности сварного соединения и материала детали длина одного флангового шва (при тех допускаемых напряжениях для сварных швов, полученных электродуговой сваркой, которые приведены в табл. 2 и ; бóльшая длина фланговых швов при менее качественной сварке). В случае использования только фланговых швов, при тех же условиях, длина одного из них равна (ручная сварка электродом Э42), при этом необходимо выполнить условие . Для двух косых швов при таких же условиях .

Нахлесточные соединения (см. рис. 8 и рис. 9), нагруженные моментом, действующим в плоскости стыка. При расчете такого соединения сначала определяют размеры соединяемых деталей. Толщину детали (полосы) принимают конструктивно (ориентируясь на аналогично выполненные конструкции), а ее ширину определяют из условия прочности на изгиб. Длины швов ориентировочно можно рассчитать из условия прочности на срез по силе, полученной от деления внешнего момента на расстояние (плечо) между швами. Более точный расчет следует провести по зависимости для определения напряжения стержня при кручении моментом относительно оси, перпендикулярной плоскости стыка и проходящей через центр поля (рис. 11) расположения швов. Поперечное сечение такого стержня одинаково с опасным сечением рассчитываемого шва.

Этот расчет, как и многие другие, следует выполнять как проверочный (используя результаты приближенного расчета или принятые из каких-то соображений размеры разрабатываемой конструкции).

Момент инерции при кручении для стержня с поперечным сечением для рассматриваемого случая (рис. 11) следует находить в соответствии с указаниями для подобного случая в подразделе 4.3.3.2, а величину – расстояние от оси вращения (точка ) до наиболее удаленной от нее точки опасного, поперечного сечения шва по зависимости .

При вычислении момента инерции опасного сечения шва необходимо учесть, что оно наклонено под к плоскости чертежа на рис. 11, т. е. определенный по размерам на этом рисунке момент инерции фигуры шва следует умножить на 0,7. Так находят касательное напряжение в шве от момента крутящего при любой другой форме опасного сечения шва.




Рис. 11

Для определения положения центра поля шва на рис. 12 используют понятие статического момента площади равного, как известно, произведению площади элемента фигуры на расстояние от центра этой площади до оси, относительно которой определяется этот момент и, что статический момент площади какой-то фигуры относительно оси, проходящей через центр поля этой фигуры равен нулю.



Рис. 12

Так, чтобы найти положение центра поля шва – координату (см. рис. 12), необходимо найти статический момент площади шва относительно оси , как сумму этих моментов отдельных площадок, т. е. , и по второму варианту – как произведение всей площади шва на координату центра всей площади шва, т. е. . Из равенства этих зависимостей находят . Оно равно . Используя и другие размеры поля шва определяют максимальное касательное напряжение в наиболее удаленной от оси вращения точки опасного сечения шва. Это напряжение направленно по касательной к окружности радиуса и приложено в точке пересечения этой окружности с плоскостью опасного сечения (рис. 13).



Рис. 13

Нахлесточное соединение нагруженное нецентральной силой (рис. 13). Размеры соединения полагают известными (см. предыдущий подраздел) и проверяют прочность швов рассматриваемого соединения. Эта задача сводится к двум ранее рассматриваемым случаям: центральное нагружение силой и нагружение моментом, которые рассмотрены выше. Результирующее напряжение среза от силы и момента будет в точке наиболее удаленной от центра поля шва (точки ). Оно равно . Прочность соединения обеспечивается, если выполняется условие прочности . Нецентральное приложение внешней силы эквивалентно центральному с моментом равным внешней силе умноженной на плечо ее действия, равное кратчайшему расстоянию от центра поля шва (точка ) до линии действия внешней силы. В данном случае оно равно (см. рис. 13).

Результирующее напряжение находят или графическим, или аналитическим способами. При использовании последнего следует определить угол , который равен в данном случае . Если угол не превышает , то можно считать, что .

Рассмотренный прием можно использовать при любом положении внешней силы, расположенной в плоскости стыка соединения и при любой форме контура сварного шва.

Тавровое соединение, в котором соединяемые детали расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это соединение выполняют без разделки кромок (угловыми швами) или с разделкой кромок (стыковыми швами), рис. 14.

При нецентральном приложении силы к детали таврового соединения задача ранее рассмотренным приемом сводится к центральной внешней нагрузке и моменту. От силы в швах возникают равномерно распределенные напряжения среза , направленные вдоль швов, а от момента напряжения среза , направленные поперек швов. Напряжения распределяются в шве как при изгибе. Результирующее наибольшее напряжение в опасной точке



Прочность соединения обеспечена, если выполнено условие .



Рис. 14

Так рассчитывается соединение без разделки кромок (рис. 14, а). Соединение с разделкой кромок рассчитывается на прочность также как и присоединяемая деталь, но допускаемые напряжения принимают для сварного соединения.

Допускаемые напряжения сварных соединений при статическом нагружении определяют на основании экспериментальных данных в долях от допускаемых напряжений основного металла (табл. 2).


Таблица 2

Допускаемые напряжения для сварных швов

Вид сварки

Вид шва

Вид напряженного состояния

Сварка

ручная

электродом Э42 или Э50; автоматическая

Сварка ручная электродом Э38, Э42, Э50

Сварка

автоматическая,

механизированная

Дуговая, плавящимся электродом

Стыковой

Сжатие







Растяжение







Срез







Угловой

Срез







Контактная электрическая

Стыковой

Сжатие







Растяжение







Срез







Точечный, шовный

Срез







Примечание. Допускаемое напряжение растяжения для основного металла , где – предел текучести; – допускаемый коэффициент запаса прочности (равен 1,2–1,8 для малоуглеродистых и 1,5–2,2 для низколегированных сталей); большее значение при грубых расчетах; если разрушение сопряжено с тяжелыми последствиями, то значение повышают в 1,5–2 раза.







Скачать 0,61 Mb.
оставить комментарий
страница4/5
Дата30.09.2011
Размер0,61 Mb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх