Детали машин: типовые расчеты на прочность
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Общее машиностроение. Машиноведение
Издательство:
Издательский Дом ФОРУМ
Автор:
Хруничева Татьяна Викторовна
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 224
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-8199-0846-4
ISBN-онлайн: 978-5-16-100450-0
Артикул: 079000.11.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Для студентов машиностроительных и механических специальностей среднего профессионального образования, выполняющих расчетно-графические работы по курсу «Детали машин», а также курсовые и дипломные проекты, в которых необходимо производить прочностные расчеты.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 15.01.26: Токарь-универсал
- 15.01.27: Фрезеровщик-универсал
- 15.01.32: Оператор станков с программным управлением
- 15.01.33: Токарь на станках с числовым программным управлением
- 15.01.34: Фрезеровщик на станках с числовым программным управлением
- 15.01.35: Мастер слесарных работ
- 15.01.36: Дефектоскопист
- Среднее профессиональное образование
- 15.02.01: Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.02: Техническая эксплуатация оборудования для производства электронной техники
- 15.02.03: Техническая эксплуатация гидравлических машин, гидроприводов и гидропневмоавтоматики
- 15.02.04: Специальные машины и устройства
- 15.02.05: Техническая эксплуатация оборудования в торговле и общественном питании
- 15.02.06: Монтаж и техническая эксплуатация холодильно-компрессорных машин и установок (по отраслям)
- 15.02.07: Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
- 15.02.08: Технология машиностроения
- 15.02.12: Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.14: Оснащение средствами автоматизации технологических процессов и производств (по отраслям)
- 15.02.15: Технология металлообрабатывающего производства
- 23.02.07: Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей
- 35.02.16: Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования
ГРНТИ:
Скопировать запись
Детали машин: типовые расчеты на прочность, 2022, 079000.12.01
Детали машин: типовые расчеты на прочность, 2019, 079000.10.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Серия основана в 2001 году Т.В. Хруничева ДЕТАЛИ МАШИН ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей «Машиностроение» Москва ИД «ФОРУМ» - ИНФРА-М 2020
УДК 621.81;62-2(075.32) ББК 34.42я723 Х95 ФЗ Издание не подлежит маркировке № 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11 Рецензенты: Олофинская В.П., преподаватель технической механики Московского электромеханического техникума; Галевко В.А., кандидат технических наук, доцент кафедры «Детали машин» МАДИ Хруничева Т.В. Х95 Детали машин: типовые расчеты на прочность : учебное пособие / Т.В. Хруничева. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2020. — 224 с. — (Среднее профессиональное образование). ISBN 978-5-8199-0846-4 (ИД «ФОРУМ») ISBN 978-5-16-014510-5 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-100450-0 (ИНФРА-М, online) Для студентов машиностроительных и механических специальностей среднего профессионального образования, выполняющих расчетно-графические работы по курсу «Детали машин», а также курсовые и дипломные проекты, в которых необходимо производить прочностные расчеты. УДК 621.81;62-2(075.32) ББК 34.42я723 ISBN 978-5-8199-0846-4 (ИД «ФОРУМ») ISBN 978-5-16-014510-5 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-100450-0 (ИНФРА-М, online) © Хруничева Т.В., 2015 © ИД «ФОРУМ», 2015 Оригинал-макет подготовлен в НИЦ ИНФРА-М ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru Подписано в печать 23.10.2019. Формат 70x100/16. Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. Усл. печ. л. 18,2. ППТ50. Заказ №00000 ТК 79000-1069148-081214 Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
Предисловие Посвящается моей маме Н.В. Хруничевой Учебное пособие соответствует программе предмета «Детали машин» для машиностроительных техникумов и колледжей, а также может быть использовано студентами машиностроительных и механических специальностей вузов. Предлагаемое издание разработано в помощь студентам при выполнении в полном объеме расчетно-графических работ, курсовых, а также дипломных проектов, одним из разделов которых является расчет на прочность деталей, входящих в конструкции приспособлений. Обычно при выполнении курсовых и дипломных проектов производится расчет на прочность валов и осей, болтов, винтов, шпонок, шлицев, элементов неразъемных соединений. Часто приходится рассчитывать механические передачи: зубчатые, червячные, ременные, цепные. В пособии также представлены проверочные расчеты подшипников и муфт. Основные теоретические положения изложены по единой методике, сопровождаются необходимыми рисунками, а также таблицами, применяемыми при расчетах. Учебное пособие состоит из пяти глав. Главы I и II содержат шесть частей. Все главы и части снабжены типовыми задачами проектировочного или проверочного расчетов. Нумерация рисунков и таблиц соответствует нумерации глав. Так, «рис. 4.3» обозначает принадлежность главе — 4, порядковый номер — 3, то же касается и таблиц. В конце каждой части приведены контрольные вопросы. Выполнение проектировочных или проверочных расчетов в курсовом или дипломном проектах в полном объеме требует максимальной самостоятельной работы студента и постоянной квалифицированной помощи руководителя. В связи с этим автор данного учебного пособия считает возможным в каждом разделе, упростить решение поставленной задачи, сократив время на поиски необходимых значений коэффициентов и других параметров. За студентом и руководителем остается решить вопрос, какие детали и приспособления испытывают значительные нагрузки и деформации, а также определить величины действующих нагрузок и их характер. Автор выражает большую благодарность рецензенту В. П. Олофинской за полезные советы и рекомендации при разработке и подготовке рукописи к печати, а также особую признательность в непосредственной помощи при составлении учебного пособия преподавателю Московского автомобильного колледжа с 50-летним стажем Н. В. Хруничевой.
ГЛАВА I СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Неразъемные соединения Часть 1 СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 1.1. Общие сведения Сварные соединения образуются путем местного нагревания деталей в зоне их соединения. При нагреве устанавливаются межатомные связи между свариваемыми частями. Сваркой изготавливают станины, рамы, корпуса редукторов, зубчатые колеса больших размеров, шкивы, колонны, цистерны, трубы, корпуса морских судов и т. п. Существует много методов сварки (более 60), которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением (газовая, высокочастотная, дуговая и др.) и сварка пластическим деформированием (контактная, стыковая, точечная и др.) Наиболее распространены дуговая и контактная виды электросварки. Для дуговой сварки применяют электроды Э42, Э42А, Э46 и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления металла шва; буква А — повышенное качество электрода. Достоинства: • экономия материала (сварные конструкции легче клепаных на 20...25 %); • герметичность соединений; • возможность соединения деталей любых криволинейных профилей и толщины; • значительно меньшая трудоемкость по сравнению с заклепочными соединениями. Недостатки: • невысокое качество шва; • сложность проверки качества шва;
Часть 1. Сварные соединения 5 • высокая концентрация напряжений в зоне сварных швов; • при переменных режимах нагружения прочность сварных швов не высокая. 1.2. Основные типы сварных соединений Технология, обозначения, классификация и конструктивные элементы сварных шкивов и сварных швов и сварных соединений регламентированы соответствующим ГОСТом. В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие типы сварных соединений. Стыковые соединения простые и надежные в сравнении с другими соединениями. Применяется ручная дуговая сварка и автоматическая — шов образуется за счет основного металла. Стыковые соединения применяются в самых простых случаях (рис. 1.1) и в конструкциях, работающих при переменных напряжениях. В зависимости от толщины соединяемых элементов соединения выполняют без подготовки кромок или с подготовкой. Нахлесточные соединения выполняют угловыми швами с различной формой сечения (рис. 1.2, 1.3). Основные характеристики углового шва (рис. 1.3): катет шва — К и высота шва h. Для нормального шва h = K • sin 45°; h = 0,7K. Рис. 1.1. Стыковое соединение Рис. 1.2. Нахлесточные соединения угловыми швами: а, б — лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия силы F; в — фланговые — параллельно действию силы F; г — комбинированные
Глава I. Соединения деталей машин Рис. 1.3. Виды угловых швов: а — нормальный профиль шва, К — катет шва, 5 — толщина свариваемого листа; б — вогнутый шов обеспечивает плавный переход, вследствие чего снижается концентрация напряжений. Применяют в ответственных конструкциях, так как механическая обработка удорожает конструкцию; в — выпуклый шов, повышает концентрацию напряжений, применять нерационально; г — специальный шов, применяют при переменных нагрузках. По условиям технологии принимают К > 3, если толщина листа 5 > 3 мм. 1.3. Расчет на прочность сварных соединений Основным критерием работоспособности швов сварных соединений является прочность. Исходным условием проектирования соединений является равнопроч-ность шва и соединяемых деталей. Стыковые соединения (рис. 1.1, а) Расчет производят по напряжениям растяжения или сжатия по площади А поперечного сечения соединяемых деталей. Условие прочности: F F ’» ⁼ -A ⁼ 8< S'’]"' где F — сила, действующая в соединении, Н; 5 — толщина шва (принимается равной толщине детали), мм; 1₀ — длина шва, мм; ср — расчетное напряжение для шва, МПа; [с']р — допускаемое напряжение для шва (табл. 1.1), МПа. При статической нагрузке допускаемые напряжения для сварных швов определяют как часть от [с]р на растяжение основного металла: [с]р⁼й [ s т ] где ст — предел текучести основного металла, МПа; [sт] — допускаемый коэффициент запаса прочности; [sт] = 1,35...1,6 — для низкоуглеродистой стали и [ sт] = 1,5...1,7 — для низколегированной стали. Отношение [с'] к допускаемому напряжению основного металла детали [с] является коэффициентом прочности сварного соединения. Ф = -[^i ; ф = 0,9...1,0 — значение напряжений см. табл. 1.1. [с]р
Часть 1. Сварные соединения 7 Таблица 1.1. Допускаемые напряжения в швах Вид технологического процесса сварки Допускаемые напряжения в швах при растяжении [п']р сжатии [п']сж срезе [т'] Автоматическая под флюсом, ручная электрода- Мр [п]р 0,65[с]р ми Э42А и Э50А, контактная стыковая Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая 0,9[ст]р [п]р 0,6[а]р сварка Контактная точечная и шовная 0,5[а]р В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы. Расчет косого шва выполняют по формуле, в которой [п'] = [o]p (рис. 1.4). Ориентировочная линия разрушения соединения Рис. 1.4. Косой шов стыкового соединения Значения предела текучести в зависимости от свариваемого материала (или от основного металла) — см. табл. 1.2. Таблица 1.2. Значения механических характеристик для некоторых марок сталей Марка Предел Предел Предел вы- Марка Предел Предел Предел вы- стали прочности текучести носливости стали прочности текучести носливости ср, МПа пт, МПа п-1р, МПа пр, МПа пт, МПа п-1р, МПа Ст3 и 10 340 200 160 30Х 800 640 280 20 400 240 170 30ХГСА 1000 900 300 35 500 300 180 ВТ16 1200 --- 350 45 600 360 240 Стыковую сварку применяют не только как способ соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей. Нахлесточные соединения угловыми швами (рис. 1.2, 1.5) Угловые швы рассчитывают на срез по опасному сечению m—m, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная высота опасного сечения h = 0,7K — для ручной сварки (сечение m—m); h = K — для автоматической. Рис. 1.5. Нахлесточные соединения угловыми швами
Глава I. Соединения деталей машин Условие прочности шва на срез: тср - F/A - F/h • l0 < [т']ср, где тср и [т']ср — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва, МПа (табл. 1.1); lш — расчетная длина шва, мм. В соединении лобовыми швами lш = 2lё (рис. 1.5), фланговыми — lш = 2lфё (рис. 1.2, в). В комбинированном шве lш = lё + lфл. Задача 1. Определить длину стыкового шва (рис. 1.1, а), соединяющего две полосы из Ст3. Толщина полос 8 = 8 мм. Сила, действующая на соединение, F =50 кН, сварка электродуговая Э42. Решение. 1.1. Для Ст3 ст = 200 МПа (табл. 1.2), коэффициент запаса прочности [ 5 ] - 1,4...1,6. [ст]„ = - — = 140 МПа. р [ 5 ] 1,4 1.2. Расчет на растяжение ведем по сечению соединяемых деталей 8 и b — lшва’ F ’" ⁻8b < [o]p При ручной сварке (дуговой электродами Э42) [ст']р = 0,9[ст]р = 0,9 • 140 = 126 МПа (табл. 1.1); b > F 8- [а']р 50•10³ 8 • 126 - 28 мм; Ь = lшва = 30 мм. При расчете стыковых швов возвышение шва не учитывается. Рис. 1.6 Задача 2. Определить длину фланговых швов соединения полосы с косынкой из Ст3 из условия прочности. F = 80 кН, ширина полосы b = 200 мм. Сварка ручная электродом Э42. Толщина деталей 8 (рис. 1.6). Решение. 2.1. Определить допускаемые напряжения: [п]₀ - П| - ²⁰⁰ = 140 МПа р [ 5 т] 1,4 для соединяемых деталей. Допускаемое напряжение среза шва (табл. 1.1) [т']ср - 0,6[с]р - 0,6 • 140 - 84 МПа. 2.2. Из условия прочности на растяжение определить толщину 8 полосы:
Часть 1. Сварные соединения 9 F F ст = — =------< I ст] , p A р b•Ъ р 8> —— = ⁸⁰ • ¹⁰3 = 2,87 мм, 8 = 3 мм. Ь[ст]р 200 • 140 2.3. Принимая катет шва К =8 = 3 мм, из условия прочности шва на срез найдем длину фланговых швов: F тср = л : A ср l > F 1,4К • [т']ср F 0,7 К • 21 80 • 10³ < Мср; 1,4 • 3 • 84 = 228 мм. Задача 3. Определить длину фланговых швов, прикрепляющих уголок к косынке (рис. 1.7). Соединение должно быть равнопрочным с уголком. Зна чения допускаемых напряжений: для основного [ст]р = 140 МПа, для сварно го шва [т']ср = 84 МПа; катет шва К = 10 мм. Уголок неравнополочный Рис. 1.7 125 х 80 х 10. Решение. 3.1. Из условия прочности уголка на растяжение определяем нагрузку F. По ГОСТ 8510—93 (табл. 1.4) площадь поперечного сечения А = 1970 мм². F AF- < [ст]р, раст F Араст • [ст]р = 1970 • 140 = 276 • 10⁴ Н. 3.2. Из условия прочности шва определяем суммарную длину флангового шва: F (11 + 1₂) • 0,7 • К < [т]ср, К = t =10 мм; t - толщина полки уголка; отсюда L — суммарная длина шва. L = 11 + 12 > F 0,7 • К[т]ср 276•10⁴ 0,7 • 10 • 84 = 4,7 • 10³ мм. 3.3. Соблюдая условие равнопрочности, определяем 11 и 12, зная положение центра тяжести уголка из ГОСТа: у₀ = 41,4 мм, у₀ = е 1 (рис. 1.7): е₂ = B - е 1 = 125 - 41,4 = 83,6 мм, где B — высота полочки (табл. 1.4). Составим пропорцию: Л е. Л е ± = el или = e²-; 41,411 = 83,6 • 4,7 • 10³ - 83,611. 1₂ е 1 L — 11 е 1 Ответ: 11 = 3140 мм; 12 = 1560 мм.
Гёава I. Соединения деталей машин Табёица 1.3. Прокатная угловая равнопояочная сталь (из ГОСТ 8509-86) Размеры Справочные величины для осей Номера Площадь x---x x0 ---x0 y0 --- y0 z0 профиля h d профиля i min A, см2 Jx ix J x max ix max Jy0 min y0 мм см4 см см4 см см4 см см 2 20 3 1,13 0,40 0,59 0,63 0,75 0,17 0,39 0,60 4 1,46 0,50 0,58 0,78 0,73 0,22 0,38 0,64 2,5 25 3 1,43 0,81 0,75 1,29 0,95 0,34 0,49 0.73 4 1,86 1,03 0,74 1,62 0,93 0,44 0,48 0,76 2,8 28 3 1,62 1,16 0,85 1,84 1,07 0,48 0,55 0,80 3,2 32 3 1,86 1,77 0,97 2,80 1,23 0,74 0,63 0,89 2,43 2,26 0,96 3,58 1,21 0,94 0,62 0,94 3,6 36 3 2,10 2,56 1,10 4,06 1,39 1,06 0,71 0,99 4 2,75 3,29 1,09 5,21 1,38 1,36 0,70 1,04 3 2,35 3,55 1,23 5,63 1,55 1,47 0,79 1,09 4 40 4 3,08 4,58 1,22 7,26 1,53 1,90 0,78 1,13 5 3,79 5,53 1,20 8,75 1,54 2,30 0,79 1,17 3 2,65 5,13 1,39 8,13 1,75 2,12 0,89 1,21 4,5 45 4 3,48 6,63 1,38 10,50 1,74 2,74 0,89 1,26 5 4,29 8,03 1,37 12,70 1,72 3,33 0,88 1,30 3 2,96 7,11 1,55 11,30 1,95 2,95 1,00 1,33 5 50 4 3,89 9,21 1,54 14,60 1,94 3,80 0,99 1,35 5 4,80 11,20 1,53 17,80 1,92 4,63 0,98 1,42 5,6 56 4 4,38 13,10 1,73 20,80 2,18 5,41 1,11 1,52 5 5,41 16,00 1,72 25,40 2,16 6,59 1,10 1,57 4 4,96 18,90 1,95 29,90 2,45 7,81 1,25 1,69 6,3 63 5 6,13 23,10 1,94 36,60 2,44 9,52 1,25 1,74 6 7,28 27,10 1,93 42,90 2,43 11,20 1,24 1,78 4,5 6,20 29,00 2,16 45,00 2,72 12,00 1,39 1,88 5 6,86 31,90 2,16 50,70 2,72 13,20 1,39 1,90 7 70 6 8,15 37,60 2,15 59,60 2,71 15,50 1,38 1,94 7 9,42 43,00 2,14 68,20 2,69 17,80 1,37 1,99 8 10,70 48,20 2,13 76,4 2,68 20.00 1,37 2,02 5 7,39 39,50 2,31 62,60 2,91 16,40 1,49 2,02 6 8,78 46,60 2,30 73,90 2,90 19,3 1,48 2,06 7,5 75 7 10,10 53,30 2,29 84,60 2,89 22,10 1,48 2,10 8 11,50 59,80 2,28 94,60 2,87 24,80 1,47 2,15 9 12,80 66,10 2,27 105,00 2,86 27,50 1,46 2,18
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти