Ознакомление с методами сечений деталей, явлением концентрации нагрузки и методами их снижения

Министерство образования Российской Федерации

Санкт – Петербургский государственный горный институт им. В. Г. Плеханова

(технический университет)

Кафедра конструирования горных машин и

технологии машиностроения

Общие основы расчета и конструирования деталей машин

По дисциплине:  ___              Детали машин и основы конструирования______________

(наименование учебной дисциплине согласно учебному плану)

Отчет по лабораторной работе № 1

Тема: _  ознакомление с методами сечений деталей, явлением концентрации нагрузки и методами их снижения, критерием жесткости деталей и способами ее повышения, и    .    критерием износостойкости и методам ее повышения _               ____                              _

ДМОК – 1. ОЛ

Автор:  студент гр.  ГМ – 01-2       __        ________                      /_Семашко О.Д./

                                                                   (подпись)                                                              (Ф.И.О.)

Оценка:__________

Дата: ____________

Проверил:

	.Кузнецов Е.С.

 

Руководитель работы:________ __                    /                              /                                  

                                                           (должность)                           (подпись)                                                   (Ф. И. О.)

Санкт-Петербург

2003

Лабораторная работа № 1

Общие основы расчета и конструирования горных машин

Цель работы: ознакомление с методами сечений деталей, явлением концентрации нагрузки и методами их снижения, критерием жесткости деталей и способами ее повышения, и критерием износостойкости и методами ее повышения.

Тема № 1. Выбор сечений деталей при изгибе и кручении.

Несущая способность деталей при этих деформациях оценивается по формулам:

,

наибольшей несущей способностью будет обладать сечение, которое имеет максимальное значение W и W_P.

М –изгибающий момент, Нм, Нмм.

Т –крутящий момент, Нм, Нмм.

W –осевой момент сопротивления сечения, мм³, см³.

W_P –полярный момент сопротивления сечения, мм³, см³.

Несущая способность по жесткости по указанным деформациям:

, y –прогиб, мм.

Угол закручивания сечения: ; G –модуль упругости при кручении, I –осевой момент инерции, мм⁴, см⁴; I_Р –полярный момент инерции сечения, мм⁴; L –длина участка вала.

Из предложенных сечений наибольшей изгибной прочностью обладают облегченные двутавровые сечения. Имеют максимальное W. Минимальное имеют круглые сечения.

У нормального облегченного двутавра высота стенки 30 см (двутавр № 30).

Переход от круглого сечения к эллиптическому повышает прочность на 40 %, а жесткость в два раза.

W_ЭЛЛИПТ:W_КРУГ=0,2:014=1,43.

W_{ПРЯМОУГОЛЬНИК}:W_КВАДР=0,235:0,17=1,41.

I_ЭЛЛИПТ:I_КРУГ=0,16:0,08=2,0.

I_{ПРЯМОУГОЛЬНИК}:I_КВАДР=0,167:0,08=2,08.

Переход от сплошного круглого к кольцевому повышает более чем в 2,75 раза прочность, а жесткость в 4,5 раза.

W_{кольцевое}:W_КРУГ=0,39:0,14=2,57.

I_{кольцевое}:I_КРУГ=0.36:0,08=4,5.

Переход от простейшего квадратного к двутавровому повышает прочность в 10 раз, а жесткость в 70 раз:

W_I:W_КРУГ=1,92:0,14=13,5.

I_I:I_КВАДР=6,05:0,08=75,35.

При кручении наиболее выгодны круглые, кольцевые сечения, а также коробчатые так как J_ккол:J_ккруг=0,72:0,12=6

Переход от квадратного к круглому повышает прочность на 33%, а жесткость на 13%.

Прочность: 0,28:0,21=1,33.

Жесткость: 0,16:0,14=1,14.

Переход от сплошного круглого к замкнутому кольцевому повышает прочность в 2,75 раза, а жесткость в 4,5 раза.

W_ЗКОЛЬЦ :W_СПКРУГ  =0,78:0,28=2,78.

I_СПКРУГ :I_СПЛ =0,72:0,16=4,5.

Разомкнутые сечения понижают прочность в 12 раз, а жесткость в 60 раз.

W_ЗАМКН:W_РАЗОМК =0,78:0,063=12,7

I_ЗАМКН:I_РАЗОМК=0,72:0,012=60

Рис. 1. Виды сечений: 1 –круглое; 2 –кольцевое; 3 –кольцевое разомкнутое; 4 –двутавр; 5 –квадратное; 6 –коробчатое; 7 –корытообразное; 8 –швеллер.

Тема № 2. Анализ явления концентрации нагрузки

Концентрация нагрузки –это явление сосредоточения нагрузки на ограниченной площадке.

Концентрация вызывает резкое неравномерное распределение давления на площади контакта и может явиться причиной выхода детали из строя.

Примеры:

1. Плита толщиной , лежащая на площадке. Эпюра давления неравномерна с максимальным значением, лежащим в плоскости действия усилий.

2. Цилиндрическое соединение: посадка ступицы зубчатого колеса с гарантированным натягом.

 3. Болтовое резьбовое соединение:

 -количество витков резьбы гайки.

Распределение Н.Е. Жуковского. Доли осевых нагрузок.

4. Цилиндрический подшипник скольжения (перекос цапфы во вкладыше).

5. Зубчатая передача (несимметричное расположение зубчатых колес на валах).

Под действием сил валы начинают прогибаться и происходит перекос колес на угол γ_∑ что вызывает  концентрацию нагрузки.

Способы снижения концентрации нагрузки.

1. Повышение жесткости –увеличение линейных размеров.

2. Самоустанавливаемость:

1 –цилиндрические соединения: завал кромок торцевых сечения или применение фасок.

2. Самоустанавливающийся сферический подшипник:

 -допустимый угол перекоса.

         3. цилиндрическая зубчатая передача с бочкообразными зубьями:

m –модуль зуба.

3. Применение рациональных конструкций

1.  Плоские стыки.