Детали машин - часть 12

 

  Главная      Учебники - Производство     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13   ..

 

 

Детали машин - часть 12

 

 

 

 
 

 

Рис. 27   Расчетная схема соединения с натягом 

 

1   Определяем размеры соединения. 
1.1   Диаметр вала 

[ ]

0668

,

0

10

4

2

,

0

300

14

,

3

10

75

30

2

,

0

30

3

7

3

3

=

=

τ

π

=

n

P

d

 м = 66,8 мм, 

где 

[ ]

τ

= 40 МПа – допускаемые напряжения кручения [1]. 

Используя ряд предпочтительных чисел, принимаем d

  

= 70 мм. 

1.2   Диаметр ступицы колеса [7]: 

115

10

70

5

,

1

10

5

,

1

1

=

+

=

+

=

d

d

мм. 

1.3   Длину ступицы колеса [7] 

105

70

5

,

1

5

,

1

=

=

=

d

l

мм; 

2   Определим удельное давление в соединении, необходимое для передачи заданного вращающего 

момента 

55

,

29

1

,

0

105

70

300

14

,

3

2

10

30

75

2

10

30

2

6

2

2

6

=

=

π

=

f

l

d

n

P

p

 МПа; 

здесь = 0,1 – коэффициент трения на поверхности соединения после сборки. 

3   Определяем расчетный натяг по формуле Ляме: 

3

2

2

1

1

10





+

=

E

C

E

C

d

p

N

3

,

31

10

10

1

,

2

48

,

2

10

1

,

2

7

,

0

70

55

,

29

3

5

5

=





+

=

 мкм, 

где E

1

 = E

2

 = 2,1·10

5

 МПа

 

– модуль упругости для материала колеса и вала; С

1

 и С

2

 – коэффициенты, оп-

ределяемые по формулам: 

7

,

0

3

,

0

1

1

1

=

=

µ

=

C

;    

=

µ

+

+

=

2

2

1

2

2

1

2

d

d

d

d

C

48

,

2

3

,

0

70

115

70

115

2

2

2

2

=

+

+

здесь 

µ

 = 0,3 – коэффициент Пуассона для стальных деталей. 

4   Определяем минимальный табличный натяг 

86

,

50

)

10

3

,

6

(

2

,

1

3

,

31

2

,

1

)

(

2

1

min

=

+

+

=

+

+

=

z

z

R

R

N

N

мкм; 

здесь 

2

1

z

z

R

и

R

 – максимальные высоты микронеровностей для поверхности вала и ступицы соответст-

венно. 

5   Выбираем посадку Ø70

u7

H7

, схема полей допусков для которой показана на рис. 28. Тогда N

min

 = 

102 – 30 = 72 мкм > 50,86 мкм 

6   Проверим прочность ступицы после сборки. 
 
 

 

 
 

 

 

Рис. 28   Схема полей допусков вала и отверстия для посадки Ø70

u7

H7

 

6.1   Рассчитаем давление в соединении при максимальном натяге: 

3

2

2

1

1

2

1

max

max

10

)

(

2

,

1





+

+

=

E

C

E

C

d

R

R

N

p

z

z

106

10

10

1

,

2

48

,

2

7

,

0

70

6

,

19

132

3

5

=





+

=

МПа. 

6.2   Определим допускаемое давление в соединении: 

2

1

2

2

1

т

2

]

[

d

d

d

p

σ

142

115

2

70

115

450

2

2

2

=

=

 МПа. 

Прочность ступицы колеса обеспечена, так как 106 МПа

 

< 142 МПа. Также обеспечена и прочность 

вала при сплошном поперечном сечении [1]. 

Пример 8. По данным примера 7 рассчитать соединение зубчатого колеса с валом по двум вариан-

там: 

1)  призматической шпонкой; 
2)  прямобочными шлицами (зубьями). 
1   Определим размеры соединений. 
1) Поперечное сечение шпонки по ГОСТ 10748–79 ([7], прил. 14) – = 20 мм, = 18 мм, длину из 

условия размещения внутри ступицы – 

80

5

20

105

5

=

=

=

b

l

l

p

 мм. 

2)  По  ГОСТ 1139–80 ([7], прил. 15) выбираем  легкую  серию  с  центрированием  по  внутреннему 

диаметру – 

f8

F8

12

78

f7

H7

72

10

×

×

×

d

; длину соединения – 

105

=

l

l

p

мм. 

2   Проверим работоспособность соединений. 
1)   На прочность по напряжениям смятия: 

3

,

85

80

20

70

300

14

,

3

30

10

75

4

30

4

4

6

p

p

см

=

=

π

=

=

σ

l

h

d

n

P

l

h

d

Т

МПа. 

Допускаемые  напряжения [1] для  шпонки  из  углеродистой  стали  и  переходной  посадки 

[ ]

100

см

=

σ

 

МПа, что больше чем 

3

,

85

см

=

σ

 МПа, следовательно, условие прочности выполняется. 

2)  По обобщенному критерию работоспособности [1] 
 

=

π

=

=

σ

p

ср

p

ср

см

30

2

2

l

d

h

z

K

n

P

l

d

h

z

K

Т

 

27

105

75

3

10

75

,

0

300

14

,

3

30

10

75

2

6

=

=

 МПа, 

где K = 0,75 – коэффициент неравномерности; z = 10 – число зубьев (шлиц); h = 0,5(D – d) = 0,5(78 – 72) 
= 3 мм – рабочая высота зубьев (шлиц); D = 78 мм – наружный диаметр шлицевого вала; d

ср 

= 0,5(D + d) = 

= 0,5(78 + 72) = 75 мм – средний диаметр шлицевого вала. 

Допускаемые  напряжения [1] для  неподвижного  соединения  в  средних  условиях  эксплуатации 

[ ]

60

см

=

σ

 МПа, что больше чем 

27

см

=

σ

МПа, следовательно, условие прочности выполняется. 

Пример 9. Определить размеры лобового и фланговых швов сварного соединения (рис. 29). Соеди-

нение  выполнено  внахлестку  сплошным  нормальным  швом:  толщина  накладки  δ

1

,  больше  толщины 

полки  уголка  δ

2

.  Материал  свариваемых  деталей  сталь  Ст3.  Электрод  Э42.  Соединение  должно  быть 

равнопрочно основному материалу. Сварка ручная электродуговая. 

 

 
 

 

Рис. 29   Сварное нахлесточное соединение 

1 – накладка; 2 – уголок 

 

1   Допустимую величину передаваемого усилия Р определим по условию прочности углового про-

филя на растяжение 

[ ]

р

р

σ

=

σ

A

F

где F – растягивающее усилие, А – площадь поперечного сечения уголка, 

[ ]

р

σ

 – допускаемое напряже-

ние растяжения. 

Свариваемые детали выполнены из стали Ст3 (прил. 5), для которой 

σ

т

 = 220 МПа, тогда [

σ

р

] = 

σ

т

/

= 220/1,46 = 150 МПа,  где  n = (1,4 … 1,6) – запас  прочности  при  расчете  деталей  на  растяжение [1]. 
Площадь 

поперечного 

сечения 

уголка 160×160×12 находим 

по 

сортаменту [4]  

= 3740 мм

2

. Тогда допускаемая величина передаваемого усилия 

 

[ ]

561000

150

3740

р

=

=

σ

A

F

Н. 

2   Рассчитаем суммарную длину швов в соединении 

(

)

0

75

90

12

7

,

0

561000

]

[

7

,

0

ср

3

2

1

=

=

τ′

=

+

+

k

F

l

l

l

 мм, 

где 

90

150

6

,

0

]

[

6

,

0

]

[

р

ср

=

=

σ

=

τ′

 МПа – допускаемые напряжения среза в сварных швах; ≤ 12 мм – катет 

сварного шва. 

3   Определим длины фланговых швов, при z

o

 = 43,9 мм. Суммарная длина фланговых швов, при l

3

 

160 мм: (l

+ l

2

) = 750 – 160 =590 мм. Из условия равнопрочности швов: 

64

,

2

9

,

43

9

,

43

160

0

0

3

2

1

=

=

=

z

z

l

l

l

Тогда l

1 

590 – l

2

 = 590 – 0,378 l

1

l

1 

= 428 мм; l

2

 = 162 мм. 

Пример 10. Рассчитать винт домкрата грузоподъемностью F = 32 кН (рис. 30). Максимальная высота 

подъема груза l = 600 мм. Коэффициент трения в резьбе (сталь-бронза) f = 0,15. 

 

 

 

 
 

 

Рис. 30   Расчетная схема домкрата 

 

1   Определяем диаметр винта из условия прочности на сжатие. 
1.1   Рассчитаем допускаемые напряжения [2]: 

[ ]

90

3

270

3

т

сж

=

=

σ

=

σ

МПа, 

где 

σ

т

 – предел текучести (прил. 5). 

1.2   Рассчитаем диаметр винта 

[ ]

3

,

24

90

14

,

3

32000

4

3

,

1

4

3

,

1

сж

1

=

=

σ

π

=

F

d

 мм, 

1.3   По таблице стандартов [7 с. 48] принимаем резьбу трапецеидальную Тr 44×7 для которой d = 44 

мм; 

d

= 40,5 мм; 

d

1

 = 36 мм;  

Р = 7 мм – шаг резьбы; α = 30

°

 

– угол профиля; h = 4 мм – высота профиля. 

2   Определим число витков под нагрузкой гайки из бронзы БрОЦС6-6-3, приняв [

σ

см

] = 8 МПа [1]. 

Воспользуемся формулой 

[ ]

см

2

см

σ

π

=

σ

z

h

d

F

тогда  

[ ]

86

,

7

8

4

5

,

40

14

,

3

32000

см

2

=

=

σ

π

=

h

d

F

z

Принимаем 

z = 8, что 

находится 

в 

рекомендуемых 

пределах  

(z ≤ 10) [5]. 

3   Проверим винт на самоторможение. 
•  угол подъема резьбы 

9

3

5

,

40

14

,

3

7

arctg

arctg

2

=

=

π

=

ψ

o

d

P

 

•  угол трения 

0

5

8

15

cos

15

,

0

arctg

2

cos

arctg

=

=

α

=

ϕ′

o

o

f

Так как 

ψ

>

ϕ′

, то условие самоторможения обеспечивается. 

4   Проверим винт на устойчивость по формуле 

[ ]

сж

2

1

4

σ

γ

π

=

σ

d

F

где 

γ

 – коэффициент уменьшения допустимого напряжения сжатия выбирается в зависимости от гиб-

кости винта 

λ

 (см. табл.). 

 

λ

 

60 80 100 

γ

 

0,86 0,75 0,6 

Найдем гибкость – 

i

l

p

µ

=

λ

, здесь 

1

=

µ

 (шарнирное закрепление); l

р

 – расчетная длина винта, в соот-

ветствии с рис. 30, 

698

2

7

8

70

600

2

1

p

=

+

+

=

+

+

=

H

l

l

l

мм, 

где 

P

z

H

=

 – высота гайки. 

Радиус инерции для площади сечения винта 

4

16

4

64

1

2

1

2

1

4

1

d

d

d

d

A

J

i

=

=

π

π

=

=

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13   ..