Завдання 8

 

Завдання 8 присвячене з'єднанням деталей машин. На рис.2 представлені розра­хункові схеми з'єднань до задач І...Х . Номер задачі приймаємо за останньою цифрою шифру, а варіант - за передостанньою цифрою шифру.

Необхідні для розрахунків дані приведені у табл.1...10.Прийняті позначення :

- сила;

- момент;

- коефіцієнт тертя ковзання;

- кількість болтів у з єднаннях;

- потужність (кВт).

Якщо для розв'язання задачі не вистачає якихось величин (коефіцієнтів, матеріалу та ін.), їх треба прийняти самостійно , згідно з рекомендаціями у літературі.

Задача 1. Визначити діаметр різьби вала дискової пилки ,яка затискується між двома шайбами і удержується за допомогою сил тертя ,що виникають завдяки натяжці гайки на кінці вала (рис.8,І). Пилка долає опір різання . Затяжка гайка неконтрольована. Навантаження вважати з незначними поштовхами.

Після визначення діаметра різьби (ГОСТ 8724 81) у відповідності із стандартним рядом діаметрів (ГОСТ 6636 - 69) конструктивно прийняти діаметри і . Для діаметра виконати розрахунок призматичної шпонки за ГОСТ 23360 - 78.

Виконати ескіз з'єднання зі всіма вирахуваними та прийнятими конструктивно розмірами елементів вала ,шайб і дискової пилки.

Необхідні для розрахунків дані взяти з табл. 1

Таблиця 1. Дані до задачі 1

Параметри Варіанти
0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 1,1 1,2
0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95
0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21
Матеріал вала Сталь 5 Сталь 35 Сталь 45 Сталь 35Х Сталь 40Х

 

Рис. 8

 

 

Рис. 8 (продовження)

 

Порядок виконання

 

1.3 умови рівноваги визначається потрібна сила затяжки гайки. Ко­ефіцієнт тертя між пилкою і шайбами прийняти з інтервалу .

2. Осьова сила з урахуванням коефіцієнта запасу проти зсуву

де - коефіцієнт запасу проти взаємного зсуву деталей.

3. Розрахункова сила ,яка ураховує додатково до розтягу різьбової деталі її скручування при затягуванні гайки :

4. Визначається допустиме напруження. З табл.Д1(див. "Додатки")для заданого матеріалу приймаємо границю текучості , а за табл.Д2 – допустимий коефіцієнт запасу міцності , припустивши ,що розрахункова різьба буде лежати в одному з трьох інтервалів діаметрів. Допустиме напруження визначається за формулою

5. Визначається потрібний розрахунковий діаметр різьби :

6. 3а табл.ДЗ приймається різьба, у якої ,де d – зовнішній діа­метр різьби; р – крок різьби.

Якщо виявиться, що діаметр прийнятої різьби лежить у прийнятому в п.4 інтервалі діаметрів, то розрахунок закінчений. Якщо ж не так, то треба, орієнтуючись на одержаний результат переглянути прийняте в п.4 значення [S]y , визначити нове значення і прийняти відповідну різьбу (ГОСТ 8724 - 81).

Примітка. Значення коефіцієнтів f та Кз студент приймає самостійно із заданих інтервалів їх значень.

Задача 2. Розрахувати довжину флангових швів, якими кріпиться до косинки рівнобокий кутник (ГОСТ 8509 - 86 ). 3 єднання повинно бути рівноміцним основному матеріалу. Катет швів прийняти рівним товщині полок кутника. Зварювання ручне , навантаження розтягуюче і стале за величиною (рис.8,2).

Дані взяти з табл.2.

Таблиця 2. Дані до задачі 2

Параметри Варіанти
Номер кутника ГОСТ 8509-86 50х50х6 56х56х5 60х60х6 63х63х6 70х70х7 75х75х7 80х80х8 90х90х8 100х100х8 110х110х8
Матеріал деталей сталь 40 сталь 35 сталь 30 Ст5 Ст4 Ст3 Ст2
Марка електродів Е42 Е50 Е45А Е50А Е42 Е50 Е42А

 

 

Порядок виконання

 

1. Для заданого номера кутника з ГОСТ8509-86 (табл.Д4) виписуємо необхідні для розрахунків параметри.

2. Визначаємо допустиме напруження на розтяг основного матеріалу конструкції

Де – границя текучості заданого матеріалу (табл.ДІ); [S]y – допустимий коефіцієнт запасу міцності (приймається студентом самостійне у межах: [S]y= 1,3...1,7)

3. Виходячи з умови міцності кутника, визначаємо допустиме значення розтягуючи сили:

де А- площа поперечного перерізу кутника (п.1).

4. Визначаємо допустиме напруження для зварних з'єднань деталей при статичному навантаженні, користуючись табл.Д5.

5. З умови міцності швів на зріз визначаємо сумарну їх довжину , при­ймаючи катет швів рівним товщині полок кутника k = d:

де - допустиме напруження на зріз для зварних швів (п.4).

6. Визначаємо довжину швів та - При конструюванні з'єднань кутників з косинками довжини флангових швів приймають з умови рівності:

де сумарна довжина флангових швів (п. 5)

7. Виконати ескіз з'єднання.

 

Задача 3. Зварне зубчасте колесо (рис. 8,3 ) передає потужність Р при кутовій швидкості . Матеріал обода, маточини та диска – Ст.3. Навантаження стале і рівномірне у зварних швах. Зварювання ручне, дугове відповідними електродами. Шви двосторонні. Визначити:

1. Катети швів.

2. По діаметру підібрати переріз призматичної шпонки (ГОСТ 23360 - 78) і визначити її довжину.

3. За довжиною шпонки прийняти довжину маточини .

4. Виконати ескіз колеса.

 

Таблиця 3. Дані до задачі 3

Параметри Варіанти
2,2 2,5 2,6 3,2 3,4 3,6 4,2
Марка електродів Е42 Е50 Е42А Е50А Е50

Порядок виконання

1. Визначається крутний момент на колесі:

де - потужність,Вт; - кутова швидкість, ; - крутний момент, Нм.

2. Визначаються колові сили на внутрішньому та зовнішньому діаметрах диска: ;

3. Довжина відповідних діаметрам та зварних швів:

4. Визначаються допустиме напруження на розтяг основного матеріалу ( див. п. 2 попередньої задачі).

5. Визначається допустиме напруження для зварних швів ( див. п. 4 ).

6. Визначається катети швів:

7. За заданим діаметром вала приймаються розміри поперечного перерізу призматичної шпонки (ГОСТ 23360 - 78, табл. Д6).

8. Приймаються допустимі напруження зім'яття та зрізу. При стальній маточині і спокійному навантаженні: .

9. Визначається розрахункова довжина шпонки

10. Потрібна довжина шпонки

11. Приймається стандартна довжина шпонки .

12. Довжина маточини колеса .

13. Виконується ескіз колеса.

Задача 4. Розрахувати зварне з'єднання (рис. 8.4). Навантаження близьке до ста­лого. Данні приймаються з табл. 4.

 

 

Таблиця 4. Дані до задачі 4.

Параметри Варіанти
 
 
 
 
Вид зварювання Автоматичне під шаром флюсу Напівавтоматичне під шаром флюсу Ручне електродами
Е42А Е50А Е42А Е50А
Матеріал деталей Сталь 40 Сталь 35 Ст5 Ст4 Ст3 Ст2

Порядок виконання

1. Визначається допустиме напруження на розтяг основного матеріалу (див. П. 2, задачі2).

2. Визначається допустиме напруження для зварних швів (див. П. 4, задачі 2).

3. Визначають катет швів. Для деталей, товщина яких b<4мм, катет швів ви­значається за формулою

4. Користуючись умовою міцності кутових зварних швів при одночасній дії осьової сили та моменту

визначається довжина 1 зварних швів.

5. Прийнявши довжину кронштейна рівною довжині зварних швів l, перевірити її міцність на згин з розтягом:

де [σ] прийняти рівним допустимому напруженні на розтяг, одержаний у п.1. Якщо остання умова міцності не задовольняється, то її використовують для ви­значення довжини кронштейна:

6. Далі можна шви зробити перервними, але так, щоб їх сумарна довжина дорівнювала значенню l, вирахуваному у п. 4. Виконується ескіз кронштейна (не задані, але необхідні для цього величини на ескізі приймаються конструктивно).

Задача 5. Визначити діаметр болтів фланцевого з’єднання верхньої частини автоклава з його корпусом (рис. 8, 5). Тиск рідини усередині автоклава p, внутрішній діаметр верхньої частини автоклава D і кількість болтів z задані в табл. 5. Прокладка виготовлена з азбесту.

Таблиця 5. Дані до задачі 5.

Параметри Варіант
P, МПа 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,1 1,0
D, мм
z
Матеріал болтів Сталь 40 Сталь 35 Сталь 30 Ст.5 Ст.4 Ст.3 Ст.2

Порядок виконання

1. Визначається сумарне навантаження на болти з'єднання:

2. Навантаження на один болт: .

3. Для герметичності з’єднання болти ставлять з попереднім затягуванням при складанні. Ураховуючи пружну азбестову прокладку у з'єднанні слід прийняти: коефіцієнт зовнішнього навантаження ; коефіцієнт запасу попере­дньої затяжки при сталому навантаженні .

4. Визначається сила попередньої затяжки

5. Визначається розрахункова сила з урахуванням скручування болтів при по­передньому затягуванні часток:

6. Визначається допустиме напруження (див. п. 4, задача 1)

7. Визначається розрахунковий діаметр різьби болта (див. п. 5, задача 1).

8. Приймається відповідна різьба по ГОСТ 8724-81 (див. п. 6, задача 1).

9. Виконується ескіз з'єднання (недостаючи дані прийняті конструктивно).

Задача 6. Визначити діаметр різьби болтів, які кріплять кришку газового ре­зервуара (рис. 8,6), якщо задано: діаметр резервуара, тиск у ньому, матеріал болтів, кількість болтів, матеріал прокладок – азбест. Дані приведені у табл. 6.

Таблиця 6. Дані до задачі 6.

Параметри Варіант
P, МПа 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2
D, мм
z
Матеріал болтів Сталь 40Х Сталь 35Х Сталь 45 Сталь 40 Сталь 30

 

Порядок виконання (див. задачу 5).

Задача 7. Розрахувати зварне з'єднання швелера (ГОСТ 8240 - 72) із сталевою плитою за допомогою двох лобових та двох флангових зварних швів (рис. 8, 7).

З'єднання навантажене поздовжньою силою F і моментом М = Fl , сталими за величиною і напрямом. Зварювання ручне. Марка сталі зварюваних деталей – Ст. 3.

З'єднання повинно бути рівноміцним, тобто міцність швелера, який працює на згин з розтягом, і міцність зварних швів повинна бути однаковою. Допустиме

напруження у розрахунку на згин з розтягом прийняти .

Дані взяти з табл. 7.

Таблиця 7. Дані до задачі 7.

Параметри Варіант
l, мм
№ швелера по ГОСТ 8240-72 14а 16а 18а 20а

 

Порядок виконання

1. З ГОСТ 8240-72 (табл. Д7) виписати необхідні дані для заданого номера швелера.

2. З умови міцності швелера на згин з розтягом

визначається допустиме навантаження на з’єднання.

3. Визначається допустиме напруження на розтяг основного матеріалу конструкції ( див.п.2, задача 2)

4. Визначається допустиме напруження для зварних з’єднань деталей (див. п.4, задача2).

5. Дотичні напруження у зварних швах виникають від сили та від моменту . Умова міцності швів запишеться так:

Зрозуміло, що довжина лобових швів дорівнює висоті швелера, тобто , тому із наведеного вище рівняння неважко визначити довжину флангових швів . Катет швів прийняти приблизно рівним товщині стінки d швелера, але не більшим від .

6. Виконати ескіз з'єднання.

Задача 8. Розрахувати болти, які скріплюють зубчасте колесо з барабаном лебідки (рис. 8, 8). Розрахунок вести у двох варіантах: а) болти поставлені з зазором; б) болти поставлені без зазору. Вантажопідйомність лебідки F та інші параметри задані в табл. 8.

Таблиця 8. Дані до задачі 8.

Параметри Варіант
F, kH
D1, мм
D2, мм
Z
Матеріал болтів Ст.3 Ст.4 Ст.5 Сталь 30 Сталь 35

Примітка. Z— число болтів у з'єднанні. Його можна змінити, якщо того потребують конструктивні міркування. Наприклад, якщо внаслідок розрахунків одержимо занадто малого або великого діаметру болти.

Матеріал барабану – чавун, матеріал колеса – сталь 35.

Коефіцієнт тертя між ними f – 0,1. Коефіцієнт запасу проти відносного зсуву деталей k = 1,6.