Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Методические указания к расчету деталей к курсовому и дипломному проектированию
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Другое

Методические указания к расчету деталей к курсовому и дипломному проектированию

библиотека
материалов



Министерство образования Нижегородской области

ГБПОУ Нижегородский автотранспортный техникум











Методические указания к

расчету деталей приспособлений в

курсовом и дипломном проектировании















Автор: Катина Е.И.

Рассмотрено и одобрено на

заседании комиссии

общетехнических дисциплин,

протокол №











2015

Содержание

  1. Введение.

  2. Общие положения по выполнению расчетов.

    1. Критерии работоспособности и расчета элементов конструкций

    2. Последовательность выполнения расчета детали.

    3. Расчеты на прочность. Общие сведения.

    4. Основные расчетные зависимости по условиям прочности.

  1. Примеры расчетов

    1. Определение нагрузок по уравнениям статики.

    2. Расчет на растяжение.

    3. Расчет на срез и смятие.

    4. Расчет на кручение.

    5. Расчет на изгиб.

    6. Расчет винтовых механизмов

  1. Литература

  2. Приложения.























  1. Введение

Методические указания предназначены для студентов специальности 23.02.03. "Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта".

Цель методических указаний – помочь студентам применить знания, полученные при изучении учебной дисциплины "Техническая механика"; при выполнении курсового проекта по ремонту автомобилей и дипломного проекта.

В задачи курсового и дипломного проектов включено проектирование приспособлений, инструментов и других средств малой механизации для выполнения работ на объекте проектирования.

При этом по согласованию с консультантом, необходимо произвести прочностной расчет ответственных деталей приспособления.

В данных методических указаниях кратко изложены основные сведения по выполнению расчетов по основным критериям работоспособности, приведены примеры наиболее типичных расчетов.

Расчеты выполнены в Международной системе физических величин (СИ).

Исключение составляют линейные размеры, которые выражаются в миллиметрах (вместо метров в системе СИ).

В расчетах деталей машин это допустимо, т.к. на чертежах размеры проставляют в миллиметрах.

Данные справочного характера приведены в Приложениях.


  1. Общие положения по выполнению расчетов

    1. 2.1 Критерии работоспособности и расчета элементов конструкций

Работоспособность является одним из важнейших требований, предъявляемым к деталям и узлам. Она характеризуется определенными условиями – критериями: прочностью, жесткостью, износостойкостью и др.

Прочность – сопротивление деталей разрушению (статическому или усталостному) – является одним из основных критериев работоспособности, т.к. прочностные отказы происходят обычно внезапно и приводят часто к выходу из строя конструкции в целом.

Для предотвращения прочностных отказов производят обоснованное назначение материалов и расчеты. Инженерные расчеты деталей являются, как правило, приближенными, их выполняют обычно методами сопротивления материалов.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы является важной характеристикой работоспособности деталей. Деформации деталей от внешних сил, тепловых и других воздействий изменяют не только размеры и форму деталей, но и характер их сопряжения, что оказывает влияние на прочность и износостойкость деталей.

Износостойкость – способность деталей сопротивляться изнашиванию, т.е. процессу разрушения поверхностей деталей при трении. При снижении износостойкости качественные характеристики механизмов (КДП, мощность, точность и др.) снижаются.


    1. 2.2 Последовательность выполнения расчета деталей

Рекомендуется вести расчет в таком порядке:

  1. Составить расчетную схему. При этом необходимо максимально упростить конструкцию и характер приложения сил.

  2. Определить действующие нагрузки.

  3. Выбрать материал и термообработку детали с учетом соответствия материала главному критерию работоспособности (прочность, жесткость, износостойкость), требований к массе конструкции, условиям её работы, технологических свойств материала (свариваемость, обрабатываемость, резанием и т.д.)

  4. Выполнить проектировочный или проверочный расчет по главному критерию работоспособности. Согласовать результаты расчета с действующими стандартами.

Выполнение расчетов ведут параллельно с чертежной разработкой конструкции. Ряд размеров, необходимых для расчета, определяют по эскизному чертежу.

Обычно при проектировании предварительно определяют размеры детали при проектном расчете, а затем после окончательной проработки конструкции, выполняют проверочный расчет.


    1. 2.3 Расчеты на прочность. Общие сведения

Расчеты на прочность выполняют обычно методами сопротивления материалов.

Чисто статических нагрузок на практике почти не бывает, но, если число циклов нагружений за весь срок службы не более тысячи, то их считают статическими (силы затяжки болтов, давление сжатого газа и т.д.)

Расчет на прочность обычно выполняют по допускаемым напряжениям по условиям прочности

σmax ≤ [σ] или τmax ≤ [ τ ],

т.е. максимальные расчетные нормальные или касательные напряжения не должны превышать допустимые.

Если расчетное напряжение значительно ниже допустимого, это свидетельствует о неэкономичности конструкции. Превышение расчетных напряжений над допустимыми в пределах 5% не опасно.

Допустимое напряжение [σ] ═ σпред / [s]

[s] – допустимый коэффициент запаса прочности.;

Ориентировочно рекомендуется для углеродистой стали [s] = 1,3-2, для серого чугуна [s] = 2,1-2,4 [5, стр22]

При статических нагрузках для пластичных материалов σпред ═ σт ,

для хрупких материалов σпред ═ σв .

т - предел текучести, σв - временное сопротивление).

Механические характеристики некоторых машиностроительных материалов даны в Приложении 1.Ориентировочные значения допустимых напряжений в Приложении 2.

При переменных нагрузках предельное напряжение – предел выносливости (σ0, σ-1). Допускаемое напряжение в расчетах на усталостную прочность определяется в зависимости от характера приложения нагрузки, числа циклов нагружения, концентрации напряжения и других факторов.

В зависимости от цели, различают три вида расчетов на прочность:

  1. проверочный;

  2. проектный;

  3. определение допустимой нагрузки.
















2.4 Основные расчетные зависимости по условиям прочности.

Таблица 1

Деформация

Максимальное напряжение

Проверочный расчет

Проектный расчет

Допустимая нагрузка

ПРОСТЫЕ

Растяжение-сжатие

σ ═ N/A

σ ═ N/A≤[σ]

A ═ N/[σ]

N═A·[σ]

Сдвиг (срез)

τср═Q/Aср

τср═ Q/Aср≤[τ]ср

Aср═Q/[τ]ср

Q═ Aср[τ]ср

Смятие (местное сжатие)

σсм═Q/Aсм

σсм═ Q/Aсм≤[σ]см

Aсм═Q/[σ]см

Q═ Aсм[σ]см

Кручение

τкр═Mкр/Wр

τкр═ Mкр/Wр≤[τ]кр

Wр═Mкр/[τ]кр

Mкр═ Wр[τ]кр

Изгиб

σ═Mи/Wx

σ═Mи/Wx≤[σ]

Wx Mи/[σ]

Mи═ Wx·[σ]

СЛОЖНЫЕ

Изгиб с кручение

σэкв═Mэкв/Wu═√M2u+ M2кр/ Wu

σэкв═Mэкв/Wu═√M2u+ M2кр/ Wu≤[σ]

Wu═√M2u+ M2кр/[σ]

Mэкв═Wu·[σ]


Часто проверочный расчёт проводят в такой форме

s = σпред / σ ≥ [s]

т.е. сравнивают расчётный коэффициент запаса прочности с допустимым.


  1. Примеры расчетов

    1. 3.1 Определение нагрузок по уравнениям статики

Пример 3.1. В приспособлении для запрессовки подшипников усилие на рычаг 1 создается штоком тормозной камеры 2, в которую подается сжатый воздух с давлением р = 0,5МПа (рис. 1,а). Определить силу запрессовки подшипника и силу, действующую на опору рычага. Диаметр поршня D=150мм, hello_html_2adb09d3.png

hello_html_m292451be.jpg








Рис.1

Порядок расчёта:

3.1.1 Построим расчётную схему работы приспособления (рис1,б).

hello_html_m22df6528.png – реакция опоры рычага, равная силе, действующей на опору.

hello_html_m350529a3.png – реакция подшипника, равная силе запрессовки подшипника.

      1. Сила, действующая на шток

F1 = pА ∙ η ,

где А= πD2/4 площадь поршня,

p = 0,5МПА = 5 ∙ 105 н/м2

η=0,85…0,95механический кпд

D = 150мм = 0,15м

F1 = pπD2/4 ∙ η = (5 ∙ 105 ∙ 3,14 ∙ 0,152)/4 ∙ 0,9= 7976H,


3.1.3 Из условия равновесия рычага определим R2

∑ М0 (F) = 0

R2 2 + F11 = 0

hello_html_m350529a3.png = (F11) / 2 = (7976 ∙ 140) / 200 = 5583H

3.1.4 Составим уравнение ∑ y = 0 и определим Rо

R2R0 + F1 = 0 отсюда R0 = R2+ F1 = 5583 + 7976= 13559H

Следовательно, сила запрессовки подшипника F2 = R2 = 5583H, сила в точке крепления рычага R0 = 13559Н.


3.2 Расчет на растяжение


Пример 3.2 Рассчитать номинальный диаметр резьбы болта 2, удерживающего скобу 1 грузоподъёмного устройства (рис.2), если нагрузка F = 40кН. Материал болта сталь Ст.3.

hello_html_m7b3e0cae.jpg








Порядок расчёта:

3.2.1.Т.к. в данной конструкции болт служит для поддержания скобы, то главным критерием его работоспособности является прочность.

3.2.2.Под действием нагрузки F болт работает на растяжение (рис.2), опасным является сечение, ослабленное резьбой.

3.2.3.Расчет ведём по условному расчетному диаметру

dр = d – 0,94p , где p – шаг резьбы, d – номинальный диаметр резьбы.

По Приложению 1 определим предел текучести для стали 3:

σт = 240 МПа; коэффициент запаса прочности для пластичной стали

примем [S]═3 для грузоподъёмного устройства [5,с 242].

Допустимое напряжение растяжения [σ]р ═σт/[S]═240/3═80МПа

3.2.4.Условие прочности на растяжение σр═N/Aр≤[σ]р

N═F; площадь ослабленного сечения Aр═πdр2/4

при проектном расчете Aр═F/[σ]р ,

тогда dр═√ (4F/π[σ]р═√(4 ∙ 40 ∙ 103)/(3,14 ∙ 80) ═ 25,2мм.

3.2.5. Примем метрическую резьбу с крупным шагом р = 3,5мм, номинальный диаметр d = dр + 0,94P = 25,2 + 0,94 3,5 = 28,79мм

По Приложению 3 примем резьбу М30.

    1. 3.3 Расчеты на срез и смятие

Пhello_html_m400ecca3.gifример 3.3 Проверить прочность пальца 3 соединяющего тяги 1 и 2 (рис.3).

hello_html_m2a9b55f2.jpg

Материал пальца сталь 30.

Диаметр пальца d = 16мм.

Соединение передает усилие

F = 25кН, t = 24мм

t = 10мм

Рис.3

Порядок расчёта

3.3.1. Критерием работоспособности является прочность пальца на срез (сдвиг) и смятие.

3.2.2 Условие прочности при срезе

τср═Q/Aср≤[τ]ср ,

Q ═ F, Aср = (πd2/4) ∙ ι – площадь среза.

ι = 2 – число плоскостей среза. При расчете штифтов, болтов, шпонок

[τ]ср═(0,25÷0,35)σв [4,с.105].

По Приложению 1 σв═300МПа,

[τ]ср = 0,25 ∙ 300 = 75МПа

τ = (25 ∙ 103/ (3,14 ∙ 162) / 4 )∙ 2═ 62МПа < 75МПа -прочность пальца на срез обеспечена.

3.3.3.Условие прочности при смятии

σсм ═ F / Aсм ≤ [σ]см

Aсмdtmin ;

tmin – минимальная толщина деталей, сминаемых в одну сторону.

tmin = 20мм

σсм = (25 ∙ 103) / (16 ∙ 20) = 78МПа

Для болтовых, штифтовых и шпоночных соединений принимают:

для деталей из малоуглеродистой стали [σсм] = 100-120Мпа

из среднеуглеродистой стали [σсм] = 140-170Мпа

из чугунного литья [σсм] = 60-80Мпа [4,с 10]

Примем [σ]см =150МПа 78 МПа < 150МПа

Прочность пальца на смятие обеспечена.

Если контактирующие детали изготовлены из разных материалов, то допускаемое напряжение выбирают той детали, у которой прочность меньше.


    1. Расчет на кручение

Пhello_html_m6ed0f096.jpghello_html_m1e971e89.gifример 3.4









Рис.4

Определить диаметры ведущего и ведомого вала лебедки (рис.4).

Грузоподъемность лебедки Q = 3кH. Валы выполнены из среднеуглеро-дистой стали. Влияние изгиба не учитывать.


Порядок расчёта:


3.4.1. Вращающий момент на ведомом валу

Μ2 = Q ∙ (200 / 2) = 3 ∙ (200 / 2) = 300кHмм = 300Hм


3.4.2. Вращающий момент на ведущем валу

Μ1 = Μ2 / U ∙ ηобщ


3.4.3. Передаточное число зубчатой передачи

U = Z2 / Z1 = 48 / 16 = 3


3.4.5. Общий КПД лебедки

ηобщ = η2пп ∙ ηзп = 0,992 ∙ 0,97 = 0,95

ηпп – КПД пары подшипников качения,

ηзп – КПД зубчатьй передачи [7,с.42]

Μ1 = 300 / 3 ∙ 0,95 = 105,3Нм


3.4.6. Валы испытывают деформацию изгиба и кручения. Критерий работоспособности – прочность.

Внутренние крутящие моменты

Μкр1 = Μ1

Μкр2 = Μ2

Из условия прочности при кручении определим момент сопротивления сечения:

Wр1 = Μкр1 / [τ]к ,


т.к. для круга W ═ 0,2d3 , то

d1 = 3√( Μкр2) / 0,2 [τ]кр = 3√(105,3 ∙ 103) / 0,2 ∙ 25) = 27,6 мм

по Приложению 5 примем d1 = 28мм.

d2 = 3√( Μкр2 / 0,2 [τ]кр = 3√(300 ∙ 103) / (0,2 ∙ 25) = 39,1мм

по Приложению 5 примем d2 = 40мм

Для конструкционной углеродистой стали примем [τ]кр = 25МПа [4,с.125]


    1. Расчет на изгиб


Пример 3.5 Для снятия кольца 3 с вала 2 необходимо приложить силу F=2,5кН. Определить диаметр траверсы 1 съёмника, если материал траверсы сталь 35, наружный диаметр кольца Д = 40мм (рис. 5).

hello_html_3eda82b8.jpg









Рис.5

Порядок расчёта:

3.5.1. Будем считать траверсу двухопорной балкой, нагруженной посередине силой F. Длину траверсы примем равной

l=D+10мм=40+10=50мм.

Критерием работоспособности балки является прочность на изгиб.


3.5.2. Составим расчётную схему (рис.6,а)

hello_html_3eda82b8.jpg

а)



б)




3.5.3. Определим реакции опор

hello_html_7ecffd40.png


3.5.4. Построим эпюру изгибающих моментов (рис.6,б)

hello_html_m2ba79921.pnghello_html_m5d18bde2.png


3.5.5. Для стали 30 по Приложению 1 определим предел прочности

hello_html_m981a0ea.png

Допустимое напряжение

hello_html_m720e7e4f.png

hello_html_339bc201.pnghello_html_701cda78.png


3.5.6. Применим формулу проектного расчёта на изгиб и определим hello_html_m58012085.png

hello_html_m41bc0aef.png

По Приложению 1 примем d = 12мм.


3.6. Расчёт винтовых механизмов


Пример 3.6.1 Рассчитать винт 1 съемника, если осевое усилие hello_html_m57cc5f57.png, материал винта сталь 45, нормализованная, материал гайки бронза БрА9ЖЗЛ. Резьба трапецеидальная, однозаходная (рис.7)


hello_html_m6ed0f096.jpg










Рис.7


Порядок расчёта:

3.6.1.1. Критерием работоспособности винта съемника является износостойкость резьбы.

Из условия износостойкости винтовой пары определим средний диаметр резьбы

hello_html_m66f000c7.png

hello_html_m47ed469b.png - относительная высота гайки; для цельных гаек hello_html_7e167dd3.png [5,с.240], примем hello_html_29382cad.png

hello_html_m1af8d4b5.png - относительная рабочая высота профиля резьбы; для трапецеидальной резьбы hello_html_m539949bd.png [5, с.240]

hello_html_m25c884d8.png - допускаемое среднее давление в резьбе.

Для пары сталь – бронза примем

hello_html_m7c9792b3.png [5, с.240]

hello_html_554cf4cd.png

3.6.1.2. По Приложению 4 примем стандартную резьбу

hello_html_203d2230.png


3.6.1.3. Определим наличие самоторможения в резьбе

Угол подъема резьбы на среднем диаметре

hello_html_m6d095d64.png

Приведённый угол трения

hello_html_m5071d967.png

hello_html_m7b5b7172.png – коэффициент трения скольжения

Для стали на бронзе hello_html_230a5d72.png [8, с.218]

Примем hello_html_m3a1865b5.png

hello_html_71ef620b.png - половина угла профиля резьбы, для трапецеидальной резьбы

hello_html_m1c413e54.png [5, c.59]

5,9º > 4º

hello_html_3e2cd8ee.png – значит резьба самотормозящая.


3.6.1.4. Винт испытывает кручение и сжатие. Влияние кручения учитываем, увеличивая на 25% осевую силу hello_html_c350983.png [5, c.66]

hello_html_m6465d16f.png


3.6.1.5. Условие прочности hello_html_10e87ab7.png

hello_html_m61dd5055.png – допустимое напряжение материала винта на сжатие.

Для углеродистой стали

hello_html_m289a119.png

По Приложению 1 для стали 45

hello_html_6588fa11.png

hello_html_53b10f92.png[5, c.242]


3.6.1.6. Эквивалентное напряжение

hello_html_m9b35b25.png

hello_html_12befd00.png - площадь сечения винта по внутреннему диаметру.

62,2 МПа < 120 МПа

hello_html_m54c80dde.png - условие прочности выполняется

Пример 3.6.2.

Определить усилие на рукоятке съёмника hello_html_6023e0d7.png (рис. 7) по данным примера 3.6.1. Диаметр опорной поверхности винта hello_html_m256a5b9a.png. hello_html_67c6162b.png.


Порядок расчёта:

3.6.2.1. Момент в резьбе, возникающий при снятии подшипника

hello_html_m57bd8e07.png


3.6.2.2. Момент трения на опорном торце винта

hello_html_6766d82.png


3.6.2.3. Момент завинчивания

hello_html_m720d7a03.png


3.6.2.4. Усилие на рукоятке

hello_html_345ffa69.png


Пример 3.6.3

Определить диаметр резьбы шпилек 2 съёмника (рис.7), осевое усилие hello_html_m57cc5f57.png, материал шпилек – сталь 3.


Порядок расчёта:

3.6.3.1. Шпильки съёмника испытывают растяжение.

Продольная сила в одной детали

hello_html_m1e7b16a6.png

Опасным является сечение, ослабленное резьбой.

Далее расчёт следует вести согласно примеру 3.6, начиная с пункта 3.2.3 и подобрать метрическую резьбу.






4. Литература

[1] Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М., 2001.


[2] Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А. Детали машин. М., 2004.


[3] Иванов М.Н. Детали машин. М., 2000.


[4] Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. М., 2001.


[5] Куклин Н.Г., Куклина Н.С., Житков В.К. Детали машин. М., 1999.


[6] Хруничева Т.В. Детали машин: типовые расчёты на прочность. М., 2009.


[7] Шейнблит А.Е. Курсовые проектирования деталей машин. Калининград, 2003.


[8] Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Детали машин. М., 2003.














5. Приложения

Приложение 1

Механические характеристики некоторых машиностроительных материалов

hello_html_6a16e0c0.jpg

Приложение 2

Ориентировочные значения допустимых напряжений некоторых машиностроительных материалов при статической нагрузке


hello_html_6a16e0c0.jpg











Приложение 3

Некоторые значения сочетаний наружного диаметра d , внутреннего диаметра d1 , шага р (мм) для метрической резьбы по ГОСТ 24705-2004

hello_html_37223857.jpg


























Приложение 4

Диаметры и шаги, мм, резьбы трапецеидальной однозаходной

(hello_html_m2c46d9e8.jpgпо ГОСТ 9484-81)





















Приложение 5.

Предпочтительный ряд чисел по 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; 33; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160; 170; 180; 190; 200; 210; 220; 240; 250; 260; 280.

Большие значения размеров получают умножением приведенных на 10.



Автор
Дата добавления 29.09.2015
Раздел Другое
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров370
Номер материала ДВ-017809
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх