Бабкин Александр Иванович

.

4 ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Задача №1

Резьбовые соединения

Кронштейн, нагруженный силой F, крепится к перекрытию с помощью n болтов. Болтовое соединение затянуто. Подобрать диаметр болтов, исходя из условия прочности. Резьба болтов – метрическая, с крупным шагом. Нагрузка статическая, допускаемое напряжение на растяжение для материала болтов = 80 МПа.

Рис. 4.1 Схема к задаче №1

Варианты исходных данных для задачи №1:

Пример решения задачи: Кронштейн, нагруженный силой F = 20 кН, крепится к перекрытию с помощью 4 болтов. Болтовое соединение затянуто. Подобрать диаметр болтов, исходя из условия прочности. Резьба болтов – метрическая, с крупным шагом. Нагрузка статическая, допускаемое напряжение на растяжение для материала болтов = 80 МПа.

Решение: Кронштейн, к которому приложена сила F, достаточно жесткий и имеет симметричную конструкцию, поэтому нагрузка равномерно распределяется между всеми четырьмя болтами. Нагрузка, приходящаяся на один болт:

Н.

Болтовое соединение – затянутое, нагруженное, поэтому:

,

где k – коэффициент, учитывающий кручение: k = 1,3;

– внутренний диаметр резьбы болта.

Отсюда внутренний диаметр резьбы:

мм.

По справочнику подбираем метрическую резьбу с крупным шагом:

резьба М16: наружный диаметр = 16 мм, шаг = 2 мм, внутренний диаметр = 13,835 мм.

Задача №2

Заклепочные соединения

Рассчитать несущую способность заклепочного соединения, показанного на рисунке, нагруженного статической растягивающей силой. Допускаемые напряжения для материала заклепок: = 190 МПа, = 85 МПа. Допускаемые напряжения для материала листов и накладок: = 140 МПа, = 210 МПа.

Варианты исходных данных для задачи №2:

№ варианта	Количество заклепок z	Диаметр заклепки d, мм	Толщина листа s, мм	Ширина листа B, мм	Толщина накладок s1, мм	Схема соединения
			3,5		–		Варианты 1-10: Однорядное соединение внахлест
					–
		5,5			–
					–
					–
					–
		4,5			–
					–
					–
					–
					–		Варианты 11-20: Двухрядное соединение внахлест с шахматным расположением заклепок
					–
					–
					–
					–
					–
					–
					–
		4,5	2,5		–
		7,5			–

							Варианты 21-30: Двухрядное стыковое соединение с двухсторонними накладками с шахматным расположением заклепок
			2,5		1,5
					1,5
			2,5		1,5
			4,5		2,5
							Варианты 31-40: Двухрядное стыковое соединение с двухсторонними накладками
					1,5
			2,5		1,5
			3,5
			2,5		1,5

Пример решения задачи: Рассчитать несущую способность заклепочного соединения, нагруженного статической растягивающей силой. Количество заклепок = 5, диаметр заклепок = 8 мм. Толщина соединяемых листов = 7 мм, ширина = 75 мм, толщина накладок = 4 мм. Допускаемые напряжения для материала заклепок: = 190 МПа, = 85 МПа. Допускаемые напряжения для материала листов: = 140 МПа, = 210 МПа.

Решение. При решении задачи считаем, что нагрузка равномерно распределяется между всеми заклепками.

1. Напряжения среза:

,

отсюда, несущая способность соединения по напряжения среза:

Н,

где = 2 – количество площадок среза.

2. Напряжения смятия:

,

отсюда: .

Так как толщина листа меньше суммарной толщины накладок ( ), расчет на смятие ведется для листа. В качестве допускаемых напряжений смятия принимаем допускаемые напряжения смятия более слабого материала заклепки.

Несущая способность соединения по напряжения смятия:

Н.

3. Напряжения растяжения листа:

,

отсюда: .

Площадь сечения листа, работающая на растяжение, в самом тонком месте (по линии расположения трех заклепок):

Несущая способность соединения по напряжения растяжения:

Н.

Таким образом, несущая способность соединения определяется по наименьшей прочности на срез, т.е. ≤ 42726 Н.

Задача №3

Сварные соединения

Рассчитать несущую способность (допускаемую нагрузку) нахлесточного комбинированного сварного соединения, представленного на рис. 4.3. Нагрузка статическая, постоянная. Катет швов – k. Способ сварки – ручная дуговая сварка. Материал листов – Ст3, допускаемые напряжения на растяжение = 125 МПа.

Варианты исходных данных для задачи №3:

Пример решения задачи: Рассчитать несущую способность (допускаемую нагрузку) нахлесточного комбинированного сварного соединения. Нагрузка статическая, постоянная. Размеры соединения: a = 50 мм, b = 30 мм, s = 6 мм. Катет швов k = 5 мм. Способ сварки – ручная дуговая сварка. Материал листов – Ст3, допускаемые напряжения на растяжение = 125 МПа.

Решение: 1. Допускаемые напряжения для сварного шва на срез:

= 0,6· = 0,6·125 = 75 МПа.

2. Расчетная длина шва:

= 50 + 2 · 30 = 110 мм.

3. Площадь расчетного сечения шва на срез:

мм².

4. Допускаемая нагрузка на срез для сварного шва:

Н.

Задача №4

Соединения с натягом

Рычаг насаживается на вал по прессовой посадке H7/s6. Диаметр соединения d, длина соединения l. Диаметр ступицы рычага . Плечо рычага . Материал вала – сталь 45, материал рычага – сталь 10. Класс чистоты вала – 9 (Ra = 0,2 мкм), отверстия – 8 (Ra = 0,4 мкм). Коэффициент трения = 0,1. Рассчитать величину силы F, прилагаемую к рычагу, при которой не будет проворачивания соединения. Коэффициент запаса сцепления = 2.

Варианты исходных данных для задачи №4:

Пример решения задачи: Рычаг насаживается на вал по прессовой посадке H7/s6. Диаметр соединения d = 45 мм, длина соединения l = 30 мм. Диаметр ступицы рычага d₂ = 70 мм. Плечо рычага l_р = 240 мм. Материал вала – сталь 45, материал рычага – сталь 10. Класс чистоты вала – 9 (Ra = 0,2 мкм), отверстия – 8 (Ra = 0,4 мкм). Коэффициент трения f = 0,1. Коэффициент запаса сцепления = 2. Рассчитать величину силы F, прилагаемую к рычагу.

Решение:

1. Минимальный натяг , измеряемый по вершинам микронеровностей:

Величины допусков посадки H7/s6 для диаметра 45 мм по таблицам справочника: для отверстия ступицы (H7): ; для вала (s6): ;

мкм.

2. Величина обмятия микронеровностей :

мкм.

3. Расчетный натяг :

мкм,

4. Посадочное давление :

МПа

где модули жесткости:

для вала ,

для ступицы ,

диаметр внутреннего отверстия вала = 0 мм,

коэффициент Пуассона для стали = = 0,3,

модуль продольной упругости для стали = = 2·10⁵ МПа.

5. При нагружении соединения вращающим моментом М_кр условие прочности:

Н·мм.

6. Допускаемая величина силы F, прилагаемая к рычагу:

Н.

Задача №5

Шпоночные соединения

Подобрать призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78 для вала диаметром d, передающего крутящий момент . Материал ступицы – сталь, соединение неподвижное, посадка шпонки – переходная. Характер нагрузки – спокойная, с небольшими рывками.

	а	б
Рис. 4.5 Размеры призматической шпонки (а) и напряжения при работе (б)

Варианты исходных данных для задачи №5:

Пример решения задачи: Подобрать призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78 для вала диаметром d = 50 мм, передающего крутящий момент = 1100 Н·м. Материал ступицы – сталь, соединение неподвижное, посадка шпонки – переходная. Характер нагрузки – спокойная, с небольшими рывками.

Решение:

1. Выбор допускаемых напряжений.

По рекомендациям допускаемые напряжения на смятие для шпонок при переходных посадках = 80…150 МПа, на срез – = 60…90 МПа. Принимая во внимание стальную ступицу, спокойный характер нагрузки, выбираем = 120 МПа, = 80 МПа.

2. Подбор поперечного сечения шпонки.

Поперечное сечение (ширина b и высота h) подбирается, в зависимости от диаметра вала. Для вала d = 50 мм, согласно ГОСТ 23360-78 размеры сечения шпонки: b = 14 мм, h = 9 мм.

3. Расчет длины шпонки.

Расчет рабочей длины шпонки осуществляется по напряжениям смятия:

мм.

Тогда длина для шпонки со скругленными краями:

мм.

По ГОСТ 23360-78 выбираем ближайшую большую длину из ряда: = 100 мм.

4. Проверочный расчет шпонки.

Рабочая длина шпонки:

мм.

Напряжения смятия:

МПа = 120 МПа.

Условие прочности на смятие выполняется.

Напряжения среза:

МПа = 80 МПа.

Условие прочности на срез выполняется.

Список литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 1. – М.: «Машиностроение», 1980 – 728 с.

2. Бабкин А.И., Давыдов Ю.В., Руденко А.В., Морозов А.С. Проектирование передачи винт–гайка. Методические указания к расчетно-графической работе. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2004 – 72 с.

3. Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высшая школа, 1991 – 383 с.

4. Иосилевич Г.Б. Детали машин – М.: Машиностроение, 1988 – 368 с.

5. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование – Минск.: УП «Технопринт», 2002 – 290 с.

6. Лобанов Н.В., Морозов А.С. Механика деформируемого твердого тела. Сопротивление материалов. Учебное пособие. Часть I. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2004 – 90 с.

7. Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989 – 496 с.

8. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин – М.: Изд-во АПМ, 2000 – 472 с.

Руденко Александр Васильевич