Задание 2

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА ФЕРМЫ

Ферма – это стержневая система, все элементы которой работают в условиях растяжения-сжатия. Она состоит из прямых стержней и нагружена в узлах соединения стержней между собой.

В задании 2 рассматривается узел раскосной фермы с до­полнительными стойками (рис. 1) или одно раскосной фермы (рис. 2). Стержни фермы составлены из двух одинаковых прокатных профилей, соединенных между собой регулярны­ми поперечными планками и работающих совместно (вари­анты а, б, в на рис. 1 и 2), или одиночные (варианты г, д, е на рис. 1 и 2). В узлах стержни фермы соединяются при по­мощи косынок, изготовленных из листового проката. Как правило, узлы фермы являются сварными, выполненными электродуговой сваркой, или заклепочными.

Геометрические и силовые параметры для 30 вариантов задания 1 представлены в табл. 1, где обозначения соот­ветствуют рис. 1 и 2.

Целью задания 2 является выбор размеров всех элемен­тов узла фермы, а также определение катетов и длин свар­ных швов (количества и размеров заклепок), соединяющих каждый стержень фермы с косынкой.

Рис. 1. Схема раскосной фермы и варианты кон­структивного исполнения ее стержней

Задание 2 оформляется в виде чертежа формата А3 и расчетно-пояснительной записки.

Рис. 2. Схема однораскосной фермы и варианты конструктивного исполнения ее стержней

Выполнение задания производится в следующем порядке:

1. По геометрическим размерам фермы и заданным си­лам определяются неизвестные усилия в стержнях узла фер­мы аналитическим и геометрическим способами, полученные результаты сравниваются.

Геометрическое определение усилий выполняется на чер­теже в масштабе 1 см – 10 кН, причем обход узла фермы про­изводится по часовой стрелке, начиная с той силы, после ко­торой встречается наибольшее количество известных. При правильном построении многоугольник сил должен быть за­мкнут. Определение знака силы производится по правилу: если вектор в многоугольнике сил направлен к узлу, то со­ответствующий стержень сжат, а от узла — растянут.

2. По усилиям в элементах фермы подбираются из сертификата сечения стержней заданного профиля. При этом ми­нимальная площадь сечения растянутых стержней определя­ется из условия прочности (по допускаемым напряжениям ), а сжатых – из условий прочности (по , где — коэф­фициент продольного изгиба для центрально сжатых стерж­ней) и устойчивости (по минимальным радиусу инерции Материал фермы — сталь марки Ст.3 с пределом теку­чести МПа. Коэффициент запаса n =1,4.

В зависимости от степени ответственности стержня в конструкции допускаются следующие максимальные значения гибкостей: для сжатых поясов фермы = 120; для сжатых раскосов и стоек =150.

,

где l – расчетная длина стержня,

r_min – минимальный радиус инерции, соответствующий минимальному моменту инерции для сечения рассматриваемого стержня площадью F.

Таблица 1

Варианты задания 2

№ вар.	№ рис.со схемой		Параметры
			, м	, кН	, кН	, кН	, кН	, кН
1	1,	а	1,0	10	-100	-40
2	1,	б	1,0	10	-120	-60
3	1,	в	1,0	10	-140	-80
4	1,	г	1,0	10			-110	80
5	1,	д	1,0	10			-130	40
6	1,	е	1,0	10			-150	60
7	2,	а	1,2	10			-110	-80
8	2,	б	1,2	10			-130	-40
9	2,	в	1,2	10			-150	-60
10	2,	г	1,2	10	-100	-40
11	2,	д	1,2	10	-120	-60
12	2,	е	1,2	10	-140	-80
13	1,	а	1,4	15			-100	-70
14	1,	б	1,4	15			-120	-30
15	1,	в	1,4	15			-140	-50
16	1,	г	1,4	15	-110	30
17	1,	д	1,4	15	-130	50
18	1,	е	1,4	15	-150	70
19	2,	а	1,6	15	-110	-30
20	2,	б	1,6	15	-130	-50
21	2,	в	1,6	15	-150	-70
22	2,	г	1,6	15			-100	70
23	2,	д	1,6	15			-120	30
24	2,	е	1,6	15			-140	50
25	1,	а	1,8	20	-160	-90
26	1,	б	1,8	20	-180	90
27	1,	в	1,8	20	-200	100
28	2,	а	2,0	20			-200	-90
29	2,	б	2,0	20			-160	90
30	2,	в	2,0	20			-180	100

Расчетная длина сжатого стержня ( ) зависит от профиля его сечения и конструктивного исполнения фермы: при опасности потери устойчивости стержня под любым углом из плоскости фермы считается, что косынки не препятствуют его изгибу и тогда = 1, а при потере устойчивости в плоскости фермы косынки препятствуют изгибу, создавая упругую за­делку, при этом = 0,8.

При подборе стержней по сортаменту необходимо стремиться к максимальному использованию их несущей способности по допускаемым напряжениям.

Для непрерываемого на косынке пояса фермы окончательный номер профиля проката принимается соответствующим более мощному из стержней, подобранных слева и справа от косынки.

Из технологических соображений толщина приваривае­мых элементов фермы не должна быть меньше 4 мм.

3. По усилиям в стержнях фермы рассчитываются свар­ные швы присоединения к косынке. Так как пояс фермы; представляет собой один неразрезной элемент, то расчет швов, крепящих его к косынке, производится по разности усилий, действующих слева и справа от косынки.

Допускаемые напряжения для материала швов .

Катеты сварных швов принимаются не менее 4 мм и не более , где — наименьшая толщина соединяемых элементов. Обычно катет шва равен толщине привариваемого элемента фермы.

Длина отдельных швов приварки стержня к косынке должна выбираться таким образом, чтобы линия действия равнодействующей сил, передаваемых сварными швами, совпа­дала с линией центров тяжести стержня.

Расчетная длина швов с каждой стороны стержня должна быть не менее 50 мм и не более 50 катетов шва. Если при компоновке узла получение необходимой длины швов с каждой стороны от оси элемента окажется конструктивно неудобным, то можно применить швы с разными катетами.

Окончательная длина каждого шва должна увеличиваться на 10 мм по, сравнению с расчетной, так как в начале и в конце шва может наблюдаться, непровар. Для прерывистых швов такое увеличение длины принимается для каждого отрезка шва.

4. Выполняется чертеж сварного узла фермы.

На чертеже в масштабе изображается главный вид узла фермы с указанием всех размеров, необходимых для его изготовления, включая размеры сварных швов и поперечное сечение одного из стержней фермы в месте соединения его с косынкой.

При конструировании узла фермы, линии центров тяжести поперечных сечений всех сходящихся в узле стержней должны пересекаться в одной точке — центре узла, так как в противном случае в элементах фермы появляется дополни­тельный изгиб. Для отсутствия скученности сварных швов, вредной с позиции сопротивления хрупкому разрушению, а также для удобства выполнения сварки края сходящихся в узле стержней не должны располагаться ближе 50 мм один от другого. Большое увеличение этих зазоров также нецелесообразно, так как ведет к утяжелению фермы и ухудшению условий работы косынки.

Форма и размеры косынки выбираются в зависимости от конструкции узла фермы, типа и размеров ее стержней, длин и размещения сварных швов. Косынка должна иметь наиболее простую для изготовления форму при наименьшей метал­лоемкости. Толщина косынки выбирается конструктивно в пределах 6—12 мм, но не меньше толщины присоединяемых к ней стержней. На чертеже должны быть указаны все размеры, необходимые для изготовления косынки.

Литература

1. Справочник по кранам. Под ред. М. М. Гохберга. В 2-х т. Л., «Машиностроение», 1988.

2. Г о х б е р г М. М. Металлические конструкции подъемно-транспорт­ных машин. Л, «Машиностроение», 1969.

   Задание 3

   РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВАЛА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Объектом проектирования является промежуточный вал редуктора или другого агрегата, предназначенного для изме­нения параметров движения:- скорости вращения и величины крутящего момента.

Передача движения на рассматриваемый в задании про­межуточный вал осуществляется от ведущего вала I (рис. 3) через пару цилиндрических зубчатых колес с передаточным числом . Крутящий момент от промежуточного вала пе­редается через зубчатую пару с передаточным числом на ведомый вал II. В соответствии с заданием цилиндрические зубчатые колеса передачи выполняются прямозубыми или косозубыми и соединяются с валом при помощи шпонок, шлицев или изготов­ляются заодно с валом. Опо­рами вала служат подшипни­ки качения, смонтированные в общем корпусе редуктора (рис. 3, а и 3, б) или в отдель­ных корпусах (рис. 3,б), кре­пящихся к элементам кон­струкции.

Параметры движения про­межуточного вала, его геомет­рические характеристики и пе­редаточные числа для 30 ва­риантов задания 2 представле­ны в табл. 2, где обозначения соответствуют рис. 3. Размеры , и выражены через ши­рину зубчатого колеса или шестерни , расположенных на промежуточном валу.

Рис. 3. Схемы промежуточных лов зубчатых передач

Целью задания 2 является определение размеров проме­жуточного вала и связанных с ним деталей: зубчатых пере­дач, шпонок, опорных подшипников.

Задание 2 оформляется в виде чертежа формата А1 и расчетно-пояснительной записки, включающей также и специ­фикацию деталей и узлов, изображенных на чертеже.

Порядок выполнения задания:

1. По заданным крутящему моменту и передаточным чис­лам определяются размеры зубчатых передач из расчета: а) на выносливость поверхностей зубьев и б) на выносли­вость зубьев при изгибе. Расчет ведется по 1 случаю нагру­зок для механизма подъема груза со средним режимом ра­боты. Материал шестерен и зубчатых колес, их термообра­ботка, а также допускаемые напряжения выбираются в со­ответствии со «Справочником по кранам».

Следует иметь ввиду, что размеры зубчатых колес про­межуточного вала могут определяться выносливостью входя­щих с ними в зацепление колес ведущего и ведомого валов.

Таблица 2