Детали машин и основы конструирования. Часть 1: Методические указания по решению задач (Разделы «Основы расчетов на прочность деталей машин» и «Соединения»)

Министерство образования Российской Федерации

_____

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

В.И. КОРНИЛОВ, А.П. ТЮРИН

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Часть 1

Методические указания по решению задач

Санкт-Петербург

Издательство СПбГПУ

2008

УДК 621.81 (075.8)

        Корнилов В.И., Тюрин А.П. Детали машин и основы конструирования. Часть 1. Методические указания по решению задач. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2008.

Пособие соответствует Государственному образовательному стандарту дисциплины «Детали машин и основы конструирования» (ОПД.Ф.02.03), направления бакалаврской подготовки 551800 « Технологические машины и оборудование» и 552900 «Технология оборудования и автоматизация машиностроительных производств» (ОПД.Ф.05).

        В первой части методических указаний рассматриваются задачи и примеры решения задач по двум разделам курса: «Основы расчетов на прочность деталей машин» и «Соединения».

Пособие предназначено для подготовки студентов третьего курса механико-машиностроительного факультета к экзамену по дисциплине «Детали машин и основы конструирования».

Ил. 22. Библ.: 4 назв.

1. ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

        1.1. Блок 1 установлен на оси 2, вращающейся с угловой скоростью w  (схема а). Вращающийся на подшипниках качения блок 3 установлен на неподвижной оси 4 (схема б). Определить коэффициенты запаса прочности осей 2 и 4.

Оси изготовлены из  конструкционной стали (sВ = 850 МПа, sТ = 580 МПа, s-1 = 395 МПа).  Напряжения изгиба в опасных сечениях осей, обусловленные длительно действующей нагрузкой – силой F, sИ = 200 МПа. Возможна кратковременная перегрузка осей до значений Fmax = 2 F.     Принять эффективный коэффициент концентрации напряжений Ks = 1,6; коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров, kds = 0,9; коэффициент, учитывающий качество поверхности KFs = 0,95; коэффициент, учитывающий влияние технологических методов поверхностного упрочнения,   KV = 1,2.

Решение. Напряжения изгиба s_И оси 2, выполненной по схеме а), меняются по знакопеременному симметричному синусоидальному закону. Условие прочности оси при расчете на выносливость имеет вид

, где

        s– коэффициент запаса прочности;

        [s] > 1 – допускаемый коэффициент запаса прочности;

        s_-1Д –  предел выносливости оси;

, где

        K– коэффициент снижения предела выносливости для детали по сравнению с пределом выносливости стандартного образца s_-1.

.

        Здесь K_A – коэффициент, учитывающий анизотропию свойств материала детали. Для рационально выбранной заготовки K_A = 1.

.

 МПа.

.

Ответ. Коэффициент запаса прочности при циклическом нагружении оси  s= 1,29.

        Напряжение изгиба s_И в опасном сечении оси 4, выполненной по схеме б), при длительной работе является постоянной величиной. При статическом режиме нагружения оси с учетом кратковременных перегрузок условие прочности имеет вид

.

        Здесь s_ТД – предел текучести материала оси, s_max = 2·s_И. При отсутствии дополнительных данных предел текучести для материала оси s_ТД принимаем  равным пределу текучести образца материала s_Т.

.

Ответ. Коэффициент запаса прочности при статическом нагружении оси  s= 1,45.

        1.2. Определить коэффициент запаса прочности s вращающейся оси  1 (см. условие расчета к задаче 1.1, схема а) при условии, что расчетный ресурс t= 1000 ч, число циклов, соответствующее точке перелома кривой усталости N_G = 2×10⁶, показатель степени кривой усталости m= 9, угловая скорость оси ω = 1 рад/с.

Ответ. .

1.3.  Вращающаяся ось проработала t₁ = 1000 ч при максимальном напряжении цикла в опасном сечении s₁ . После этого нагрузка на ось была снижена, и максимальное напряжение в опасном сечении уменьшилось до значения s₂.

Определить расчетный срок службы детали t до усталостного разрушения, если число циклов нагружения Nза один час равно 100, N1 = 2,5×105, N2 = 106.

Ответ. t = 7000 ч.

        1.4. Построить на диаграмме предельных амплитудных напряжений  недостающие предельные границы, ограничивающие область работоспособного состояния детали, выполненной из конструкционной стали.

Определить графическим способом величину предельного напряжения для детали при отнулевом цикле изменения напряжений s0.

Ответ. s₀ » 510 МПа.

        1.5. Определить параметры цикла изменения напряжений (s_max, s_min, R) для детали (точка А на диаграмме к задаче 1.4).

        Определить графическим способом коэффициент запаса прочности в предположении, что переход к предельному циклу осуществляется при постоянном значении коэффициента асимметрии цикла R.

        Ответ: s » 1,44.

2. СОЕДИНЕНИЯ

        2.1. Выполнить проверочные расчеты на прочность заклепочного соединения, если нагрузка – сила F= 10 кН, толщина листов и накладок d = 3 мм, ширина накладок b = 60 мм, диаметр заклепок d = 8 мм.

Материал листов, накладок и заклепок конструкционная сталь (допускаемые напряжения растяжения [sР] = 160 МПа, среза [tСР] = 140 МПа, смятия [sСМ] = 320 МПа).

Решение. В предложенной конструкции заклепочного соединения пара заклепок нагружена силой F, причем срез каждой заклепки может произойти в двух сечениях. При расчете «двухсрезных» заклепок обычно принимают, что сила, приходящаяся на одно сечение, вдвое меньше общей силы. Следовательно, расчетное значение напряжений среза

, где

        n – число заклепок в ряду;

        i – количество сечений среза;

        A_СР – площадь поверхности среза.

.

 мм².

МПа.

        Наибольшее расчетное значение напряжений смятия рассчитывается для контакта поверхности заклепки с поверхностью отверстия листа