- •Введение
- •1.Расчёт детали на усталостную прочность
- •1.1. Техническое задание
- •1.2. Расчёт коэффициента запаса прочности
- •2. Расчет напряженного резьбового соединения
- •2.1 Проектировочный расчет болта
- •2.2 Проверочный расчёт болтового соединения на прочность.
- •3. Расчёт узла привода
- •3.1. Энерго-кинематический расчёт узла привода
- •3.2 Расчет косозубой цилиндрической передачи
- •3.2.1 Проектировочный расчет передачи по контактной выносливости зуба
- •3.2.2. Проверочный расчет зубьев на контактную выносливость
- •3.2.3 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость
- •3.2.4 Проверочный расчет зубчатой передачи при перегрузке
- •3.3 Расчёт размеров шестерни прямозубой цилиндрической передачи.
- •3.4 Расчёт и проектирование промежуточного вала на опорах качения.
- •3.4.1 Проектировочный расчёт вала.
- •3.4.2. Выбор и проверочный расчет подшипников качения
- •3.4.3. Выбор и проверочный расчёт шпонок
- •3.4.4. Проверочный расчет промежуточного вала
- •Список литературы
Санкт-Петербургский Государственный Политехнический университет
Кафедра машиноведения и деталей машин
ОСНОВЫ РАСЧЁТОВ НА ПРОЧНОСТЬ
Пояснительная записка
Курсовая работа
Студент группы 2033/2______________________________(А.А. Генералов)
Руководитель _______________________________(А.А. Ашейчик)
Санкт-Петербург
2011
Оглавление
Введение
1. Расчет детали на усталостную прочность
-
Техническое задание
-
Расчет коэффициента запаса прочности
2. Расчет напряженного резьбового соединения
2.1 Проектировочный расчет болта
-
Проверочный расчет болта на прочность
3. Проектирование узла привода
-
Энергокинематический расчет узла привода
-
Расчет косозубой цилиндрической передачи
-
Проектировочный расчет передачи по контактной выносливости зуба
-
Проверочный расчет зубьев на контактную выносливость
-
Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость
-
Проверочный расчет зубьев при перегрузках
-
Расчет размеров шестерни прямозубой цилиндрической передачи
-
Расчет и проектирование промежуточного вала на опорах качения
-
Проектировочный расчет вала
-
Выбор и проверочный расчет подшипников качения
-
Выбор и проверочный расчет шпонок
-
Проверочный расчет промежуточного вала
Список литературы
Приложение
Введение
Целью данной работы являлся расчет некоторых типовых деталей и узлов по критерию прочности.
Данная работа может быть разделена на три части.
В первой части проводится проверочный расчет штока паровой машины по критерию усталостной прочности.
Во второй части проводится проектировочный расчет напряженного резьбового соединения по критерию статистической прочности, а также проверочный расчёт болтового соединения по критерию усталостной прочности и герметичности.
Заключительная часть работы посвящена проектированию узла привода. В данном разделе осуществляется энергокинематический расчет узла привода, проектировочный расчет косозубой цилиндрической передачи по критерию контактной выносливости, проверочный расчет зубьев по критерию контактной и изгибной выносливости, проводится проектировочный расчет вала по критерию статической прочности вала на кручение, выполнен проверочный расчет подшипников качения по критерию динамической грузоподъемности, а также проектировочный расчет шпонок по критерию статическая прочность на смятие.
1.Расчёт детали на усталостную прочность
1.1. Техническое задание
Шток гидроцилиндра перемещает ползун в прямом и обратном направлениях с усилиями F1 и F2 соответственно.
Определить запас прочности шейки штока, если требуемый ресурс составляет 2105 двойных ходов.
Схема механизма
Рис. 1.1
Таблица 1.1
Исходные данные
№ варианта |
d, мм |
d1, мм |
r, мм |
F1, кН |
F2, кН |
Материал штока |
3 |
25 |
32 |
2,5 |
45 |
40 |
Сталь 40Х |
1.2. Расчёт коэффициента запаса прочности
В данном разделе необходимо определить фактический коэффициент запаса прочности штока гидроцилиндра, а также проверить условие прочности.
Вероятный вид разрушения – усталостная поломка.
Критерий расчёта – усталостная прочность.
Коэффициент запаса прочности может быть определён по формуле
S=, (1.1)
\где S – фактический коэффициент запаса; σпр – предельное напряжение, ; σmax – максимальное фактическое напряжение, .
Максимальное фактическое напряжение σmax определим по формуле
σmax=, (1.2)
где F1 – усилие штока при растяжении (рис 1.1), Н; Amin – минимальная площадь, мм2.
Минимальную площадь опасного сечения штока найдём по формуле
Amin= , (1.3)
где d – диаметр опасного сечения, мм.
Подставив числа в формулу (1.3), найдём минимальную площадь опасного сечения штока
Amin== 490 мм2
Подставляя численное значение Amin в выражение (1.2), получаем
= = 91,8
Найдём σmin по формуле
σmin=, (1.4)
где F2 – усилие штока при сжатии, Н.
Подставляем численные значения в выражение (1.4)
= = -81,6
Построим график изменения напряжения в штоке (рис. 1.2)
Цикл изменения напряжения
Рис. 1.2
Из рассмотрения рис. 1.2 следует, что в качестве предельных напряжений σпрследует выбрать предел усталости при произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов , так как опыт эксплуатации подобных механизмов показывает, что причиной их
разрушения является усталостная поломка. определяется по формуле [1, с.33].
= < , (1.5)
где – предел усталости при произвольном цикле для детали и ограниченном числе циклов, ; – предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов для детали, ; R – коэффициент асимметрии цикла; – коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла.
Определим коэффициент ассиметрии цикла
R = (1.6)
R = = -0,890
Определим предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов по формуле [1, с.30]
= К0 (1.7)
где К0 – коэффициент, учитывающий количество циклов; – предел длительной выносливости для детали при симметричном цикле, , который определяется по формуле [1, с.20]
= (1.8) Учитывая материал штока – Сталь 40Х и зная, что = 670 , =500 [1, с.74], найдём предел выносливости гладкого стандартного образца по формуле [1, с.77]
= 0,4 = 270 (1.9)
Определим значение коэффициента снижения предела выносливости К, который учитывает влияние различных факторов, по формуле [1, с.21]
К = , (1.10)
где – коэффициент концентрации напряжений; – коэффициент, учитывающий масштабный фактор; – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности штока; – коэффициент, учитывающий упрочняющие технологии; – коэффициент, учитывающий анизотропию материалов.
Так как в данном случае деталью является шток, следовательно, заготовка представляет собой прокат вдоль волокон, то есть =1 [1, с.29]. Считая, что дополнительная обработка не производилась, принимаем = 1.
Определим по формуле [1,с.22]
= 1+q(, (1.11)
где q – коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений; – теоретический коэффициент концентрации напряжений.
Найдём по графику [1, с.78]. Учитывая, что = = 1,28 и = = 0,1, получаем = 1,68.
При = = 0,74 коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений q=0,9 [1, с.84]
Подставляя полученные значения в выражение (1.11), получаем
= 1+0,9 (1,68 - 1) = 1,61
Коэффициент при d =25 мм будет равен = 0,92 [1, с.85], а коэффициент при =670 и R = 20 мкм будет равен = 0,71 [1, с.85].
Подставим численные значения в формулу (1.10) и вычислим К
К = = 2,15
Подставляем численные значения в формулу (1.8) и вычисляем
= = 125
Определим К0 по формуле [1, с.30]
К0=, (1.12)
где – базовое число циклов напряжений, соответствующее точке перелома кривой усталости; N – число циклов; m – показатель степени кривой усталости.
принимаем равным = 2106 циклов [1, с.30].
Считая, что С=5+, определяем m по формуле [1, с.30]
m=== 6,0 (1.13)
Подставляем значения в выражение (1.12)
К0= = 1,46
Подставляем значения в выражение (1.7), получаем
= 1251,46 = 183
Определим коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла по формуле [1, с.31]
=, (1.14)
где – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла, который может быть найден по эмпирической формуле [1, с.31]
= 0,02+210-4= 0,02+210-4670= 0,154 (1.15)
Подставляем численные значения в выражение (1.14)
== 0,071
Теперь может быть вычислен предел усталости в произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов .
Подставляем численные значения в выражение (1.5)
= = 192
Так как =192 =500, то == 192 .
Проверим условие прочности для данного штока
S [S] (1.16)
Вычисляем фактический коэффициент запаса прочности S по формуле (1.1), принимая =,получаем
S== 2,1
В данном случае, принимая во внимание то, что исходные данные и результаты расчёта имеют пониженную точность, назначаем нормативный коэффициент запаса прочности [S] равным 2,00 [1, с.87].
Таким образом видно, что S=2,1 [S]=2,00. То есть при изготовлении штока из стали 40Х по указанным в техническом задании размерам, будет обеспечено отсутствие усталостной поломки при заданных нагрузках и ресурсе в 2105 двойных ходов, без дополнительной обработки поверхности штока в опасном сечении.