Технические требования на чертеже редуктора расчёт цилиндрических зубчатых передач Расчёт зубьев червячного колеса Пример выполнения курсового проекта Расчет резьбовых соединений Зубчатые передачи Червячные передачи

Курсовой проект по дисциплине "Детали машин"

Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Материалы для изготовления резьбовых деталей по ГОСТ 1759-70 указаны в таблице 1.1. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.).

Таблица 1.1 Материалы резьбовых деталей

Марка

стали

Предел

прочности

, МПа

Предел

текучести

, МПа

Предел

выносливости

, МПа

Эффективный коэффициент концентрации напряжений

Нарезанная резьба

Накатанная резьба

Ст3 и 10

340

200

160

20

400

240

170

35

500

300

180

3,6

2,8

45

600

360

240

3,7

2,8

30Х

800

640

280

38ХА

300

4,0

3,0

30ХГСА

1000

900

300

4,0

3,0

ВТ16

1200

350

40ХНМА

440

4,6

3,5

18Х2Н4ВА

450

4,5

3,5

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10...сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий, например улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и т.д.

Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

Допускаемые напряжения на растяжение [] определяют в зависимости от предела текучести  материала (при статических нагрузках) по формуле

, (1.28)

где [s] – коэффициент запаса прочности, выбираемый по таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Допускаемые напряжения. Коэффициенты запаса прочности

Вид нагрузки

Номер формулы

Рекомендуемые значения

Растягивающая внешняя нагрузка:

– без затяжки болтов

(1.2)

– с затяжкой болтов:

статическая нагрузка

(1.3)

 по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка;

 – контролируемая затяжка

переменная нагрузка

(1.34)

 неконтролируемая затяжка

Поперечная внешняя нагрузка (статическая или переменная):

– болты поставлены с зазором

(1.3)

 по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка;

 – контролируемая затяжка

– болты поставлены без зазора

(1.5)

 (статическая нагрузка);

 (переменная нагрузка)

(1.6)

 – сталь;

 – чугун

Таблица 1.3 – Коэффициенты запаса прочности

Материал болта

[st] при неконтролируемой затяжке и постоянной нагрузке

М6...М16

М16...М30

М30...М60

Углеродистая сталь

5...4

4...2,5

2,5...1,5

Легированная сталь

6,5...5

5...3,3

3,3

При неконтролируемой затяжке запас прочности значительно уменьшают, особенно для болтов малых диаметров (см. таблицу 1.3). Это связано с возможностью перенапряжения и даже разрушения малых болтов при неконтролируемой затяжке.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, авиастроение), применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.

Контроль затяжки оговаривают специальными техническими условиями и выполняют не только при заводской сборке, но также в эксплуатации и ремонте. Несоблюдение этих условий может привести к аварии. Затяжку можно контролировать методом измерения деформаций болтов или специальных упругих шайб, а также с помощью специальных ключей предельного момента.

Таблица 1.4 – Допускаемая нагрузка

Тип резьбы

Внутренний диаметр резьбы

, Н, при затяжке

неконтролируемой

контролируемой

М6

4,917

800

3000

М8

6,647

1500

5500

М10

8,376

2500

8600

М12

10,106

3800

12200

М16

13,835

8000

23500

М20

17,294

14000

37000

М24

20,752

21000

53000

М30

26,211

46000

85000

 

 

Примеры расчета резьбовых соединений

Пример 1. Рассчитать винтовую стяжку (рисунок 1.10) по следующим исходным данным: сила, действующая на стяжку,  Н; нагрузка – статическая; затяжка – неконтролируемая; материал винта – сталь 35.

Решение: Принимаем по таблицам (1.2) и (1.3) значение коэффициента запаса прочности  (предполагаемый диаметр винта  мм). Для стали 35 по таблице 1.1 находим значение предела текучести  МПа [6]. Определяем допускаемое напряжение , МПа, при деформации растяжения по формуле (1.28):

.

Определяем значение внутреннего диаметра резьбы , мм, по формуле (1.3):

.

По найденному значению  по таблице 1.4 принимаем стандартный диаметр резьбы винта М24 [6].

Пример 2. Рассчитать болты фланцевой муфты (рисунок 1.11) по следующим исходным данным: передаваемая муфтой мощность  кВт; частота вращения муфты  об/мин; диаметр окружности центров установки болтов  мм; число болтов ; коэффициент трения между полумуфтами ; нагрузка – постоянная; материал болтов – сталь 20. Расчет выполнить для двух вариантов постановки болтов в отверстия: с зазором и без зазора.

Решение: 1) Определяем крутящий момент , Н·мм, передаваемый муфтой:

;

.

2) Определяем окружное усилие , Н, приходящееся на один болт:

.

3) Проводим расчет прочности болтов при постановке их в отверстия без зазора по формуле 1.5. Для стали 20 по таблице 1.1 находим значение предела текучести материала болта  МПа. Определяем допускаемое напряжение материала болта на срез, МПа, (см. таблицу 1.2):

.

Определяем диаметр стержня болта , мм:

.

По найденному значению  по таблице 1.4 принимаем стандартный диаметр резьбы болта М10 [6].

После определения диаметра стержня болта  проводим расчет болта на смятие. Определяем допускаемое напряжение смятия , МПа, (см. таблицу 1.2):

.

Определяем требуемую высоту смятия , мм, по формуле (1.6):

.

4) Болт поставлен в отверстие с зазором. В данном случае внешняя поперечная нагрузка  должна быть уравновешена силами трения в стыке. Принимаем коэффициент запаса по сдвигу деталей при постоянной нагрузке . Определяем силу затяжки болта по формуле (1.8):

.

Принимаем по таблицам (1.2) и (1.3) значение коэффициента запаса прочности . Определяем допускаемое напряжение , МПа, при деформации растяжения по формуле (1.28):

.

Определяем значение внутреннего диаметра резьбы , мм, по формуле (1.3):

.

По найденному значению  по таблице 1.4 принимаем стандартный диаметр резьбы болта М30 [6].

Пример 3. Рассчитать болты нижнего подшипника шатуна двигателя внутреннего сгорания (рисунок 1.11) при условии, что максимальная нагрузка на один болт, складывающаяся в основном из сил инерции при движении масс поршня и шатуна, составляет  Н; затяжка болтов – контролируемая; материал болтов – сталь 38ХА: материал шатуна – сталь 35Г2;  мм; мм.

Решение. 1) Принимаем значение коэффициента внешней нагрузки , значение коэффициент затяжки . Определяем предварительно усилие затяжки , Н, по формуле (см. подраздел 1.4)

.

где  – коэффициент затяжки.

По условию нераскрытия стыка коэффициент затяжки принимается равным следующим значениям:

при постоянной нагрузке ;

при переменной нагрузке .

По условию герметичности соединения:

при мягкой прокладке ;

при металлической фасонной прокладке ;

при металлической плоской прокладке .

2) Определяем осевую силу, действующую на затянутый болт, после приложения внешней нагрузки по формуле (1.12):

.

3) Определяем (предварительно для пульсирующего цикла) допускаемое напряжение по формуле

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Решетов, Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов / Д.Н. Решетов. – М. : Машиностроение, 1989. – 496 с.

2. Иванов, М.Н. Детали машин: учебник для студентов техн. учеб. заведений / М.Н. Иванов. – М. : Высш. шк., 1991. – 383 с.

3. Иоселевич, Г.Б. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Г.Б. Иоселевич. – М. : Машиностроение, 1988. – 368 с.

4. Трунин, С.Ф. Проектирование элементов судовых машин, транспортных и загрузочных механических устройств: учеб. пособие / С.Ф. Трунин. – Л.: Судостроение, 1989. – 272 с.

5. Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. / П.И. Орлов. Под ред. П.Н. Учаева. – М. : Машиностроение, 1988. – 544 с.

6. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 томах / В.И. Анурьев. – М. : Машиностроение, 2006.

7. Ничипорчик, С.Н. Детали машин в примерах и задачах : учеб. пособие / С.Н. Ничипорчик, М.И. Корженцевский, В.Ф. Калачев [и др.]. Под общ. Ред. С.Н. Ничипорчика. – Минск : Выш. Школа, 1981. – 432 с.


Проверочный расчет на выносливость при изгибе