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.

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.

Ответ. t = 7000 ч.

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

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.

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