- •Тема 1. Выбор сечений при деформациях изгиба и кручения
- •Тема 2. Концентрация нагрузки и напряжений
- •Тема 3. Объёмная (собственная) и контактная жёсткости,
- •Тема 4. Износостойкость и способы её повышения
- •Силовые зависимости в затянутом резьбовом соединении Цель работы
- •Общие сведения
- •Подготовка к работе
- •Характеристика болтового соединения
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка и анализ результатов работы
- •Контрольные вопросы
- •Общие сведения
- •Допускаемые напряжения смятия в прямобочных шлицевых
- •Коэффициент условий смазки соединения Kсм
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение конструкции цилиндрического двухступенчатого редуктора Цель работы
- •Общие сведения
- •Схемы одно- и двухступенчатых редукторов
- •Порядок выполнения работы
- •Расшифровка параметров зубчатых передач цилиндрического двухступенчатого редуктора
- •Степень точности зубчатой передачи в зависимости от окружной скорости
- •Коэффициент Kн , учитывающий неравномерность распределения
- •Базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев и коэффициент безопасности Sh
- •Контрольные вопросы
- •Осевые модули m и коэффициенты диаметра червяка q по гост 19672-74
- •Минимальная длина нарезаемой части червяка, отнесённая к модулю, b1 / m
- •Основные размеры червячной пары
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение подшипников качения Цель работы
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Результаты расшифровки обозначений подшипников (пример)
- •Библиографический список
- •Содержание
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова
(технический университет)
Кафедра конструирования горных машин
и технологии машиностроения
ДЕТАЛИ МАШИН
И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Методические указания
к лабораторным работам для студентов механических
и технологических специальностей всех форм обучения
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2008
УДК 621.01:531.8 (075.84)
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ: Методические указания к лабораторным работам / Санкт-Петербургский государственный горный ин-т. Сост.: А. В. Большунов, В. В Денегин, Е. С. Кузнецов, Г. В. Соколова. СПб, 2008. 60 с.
Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Детали машин и основы конструирования» составлены для студентов специальностей 150402 «Горные машины и оборудование», 150404 «Металлургические машины и оборудование» и «Детали машин» для студентов специальностей 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтепроводов и газонефтехранилищ», 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин» и 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в металлургии)» всех форм обучения.
Ил. 10, табл. 17.
Научный редактор проф. И. П. Тимофеев
Санкт-Петербургский горный
институт имени Г. В. Плеханова, 2008 г.
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Детали машин и основы конструирования» составлены для студентов специальностей 150402 «Горные машины и оборудование», 150404 «Металлургические машины и оборудование» и «Детали машин» для студентов специальностей 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтепроводов и газонефтехранилищ», 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин» и 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в металлургии)» всех форм обучения.
Допуск к каждой лабораторной работе предваряется вступительным пояснением преподавателя и контрольным опросом.
При выполнении лабораторных работ, связанных с использованием силовых установок, обязательно ознакомление студентов с правилами техники безопасности.
Лабораторные работы выполняются бригадами из двух-трёх студентов. По мере выполнения работы, бригада ведёт протокол наблюдений (испытаний), куда заносят полученные результаты, эскизы исследуемых деталей и установок и т.п. По окончании работы протокол визирует преподаватель.
Каждый студент оформляет индивидуальный отчёт по лабораторной работе, в котором указывает её цель, основные теоретические положения, исходные и полученные данные, обработанные результаты, эскизы исследуемых деталей и установок, окончательные выводы. Отчёта должен быть оформлен в соответствии с требованиями ЕСКД.
Отчёт по каждой лабораторной работе предъявляется на проверку преподавателю с приложением протокола наблюдений (испытаний). Проверенный и подписанный отчёт подлежит защите.
Лабораторная работа № 1
Общие основы расчета и конструирования
деталей машин
Цель работы
1. Ознакомление с общими методами выбора сечений деталей при деформациях изгиба и кручения; сравнение несущей способности сечений различных видов по прочности и жёсткости.
2. Изучение факторов концентрации нагрузки и напряжений в деталях машин и способов их снижения.
3. Оценка влияния собственной и контактной жёсткости на несущую способность конструкции.
4. Изучение износостойкости и способов её повышения.
Основные критерии работоспособности и расчёта деталей машин – прочность, жёсткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от её функционального назначения и условий работы.
Тема 1. Выбор сечений при деформациях изгиба и кручения
Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей. Потеря работоспособности и разрушение детали происходят вследствие недостатка статической или усталостной прочности.
Прочность деталей, испытывающих деформации изгиба и кручения, оценивается по величине действующих (расчётных) напряжений И и кр:
; кр [кр] , (1.1)
где М и Т – изгибающий и крутящий моменты в сечении детали; W – осевой момент сопротивления сечения; Wр – полярный момент сопротивления сечения; [И] и [кр] – допускаемые напряжения изгиба и кручения.
Жёсткость – это способность детали сохранять форму и размеры под действием приложенной нагрузки. Допускаемые нормы жёсткости деталей устанавливают на основе практики их эксплуатации и расчётов.
Жёсткость при изгибе и кручении определяется по величине расчетных деформаций деталей y и :
; ; [], (1.2)
где y – вторая производная от величины прогиба; у и [y] – расчётный и допустимый прогибы балки; и [] – расчётный и допустимый углы закручивания сечений вала; E и G – модули упругости растяжения и сдвига; J и Jp – осевой и полярный моменты инерции сечения; l – длина участка вала, на протяжении которого крутящий момент не изменяется.
Для всех рассматриваемых в атласе «Основы конструирования машин» сечений приведены относительные величины геометрических характеристик W, J, Wp, Jp, площади сечений при этом одинаковые.
Так, переход от сплошного прямоугольного сечения к швеллеру повышает прочность при изгибе в 8,2 раза, при этом жёсткость сечения возрастает в 36 раз.
; .
При кручении наиболее выгодны круглые и кольцевые тонкостенные сечения. Переход от квадратного сечения к кольцевому повышает прочность при кручении в 3,7 раза, а жёсткость в 5,1 раза.
; .
Тема 2. Концентрация нагрузки и напряжений
и способы её снижения
Концентрация напряжений – явление местного резкого возрастания напряжений, обусловленное наличием факторов концентрации напряжений (кольцевые канавки, отверстия, резьба, шпоночные пазы, шлицы, галтели, резкое изменение размеров и формы, посадка с гарантированным натягом, сварка и т.д.).
Концентрация нагрузки в значительной мере снижает прочность деталей машин и часто является причиной выхода их из строя, эпюры давления при этом резко неравномерны. Концентрация нагрузки оценивается величиной коэффициента концентрации, который, например, в резьбе достигает значения 3 и более. При несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор величина коэффициента концентрации нагрузки достигает 2. Основными способами снижения концентрации нагрузки являются: повышение объёмной жёсткости деталей, применение самоустанавливающихся и рациональных конструкций, а также использование различных технологических мероприятий (завал кромок, снятие фасок, использование разгрузочных канавок).
Эффективный коэффициент концентрации напряжений К в коленчатых валах достигает значения 4. Концентрацию напряжений можно снизить и довести до минимального значения рядом конструктивных и технологических мероприятий:
- увеличением радиусов галтельных переходов и сопряжений. Например, упорная резьба, выполняемая с закругленной формой впадины R = 0,375Р (Р – шаг резьбы), обеспечивает снижение концентрации напряжений в 1,5 раза; замена прямобочных шлицев на эвольвентные снижает концентрацию напряжений в среднем в 1,65 раза;
- применением рациональной формы швов, технологической обработкой, позволяющей снять усиление сварных швов;
- исключением материала из зоны слабого нагружения (разгрузочная канавка полукруглой формы, полые конструкции валов, использование болтов со стержнем уменьшенного диаметра повышенного класса шероховатости или с полым стержнем – «упругие» болты).