Методические указания
2-е издание, переработанное и дополненное
Составители: А.В.Олешкевич
В.Н.Демокритов
Ульяновск 2009
УДК 621.81: 621.86 (076)
ББК 34.42. я7
З-15
Рецензент: доктор техн. наук, доцент И.С. Антонов
Одобрено секцией методических пособий
научно-методического совета университета
Задания на контрольные работы и курсовой проект по деталям
З-15машин: Методические указания /Сост. А.В.Олешкевич, В.Н.Демок-
ритов.– 2-е изд., перераб. и доп. – Ульяновск: УлГТУ, 2009. – с.
Указания составлены в соответствии с программой курса по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» для студентов машиностроительных специальностей 15100165, 15020165, 19020165, 19060165 всех форм обучения.
Разработано на кафедре «Основы проектирования машин» УлГТУ.
УДК 621.81: 621.86 (076)
ББК 34.42. я7
© А.В.Олешкевич, В.Н.Демокритов, составлено 2009
© Оформление. УлГТУ, 2009 с изм.
ВВЕДЕНИЕ
В задание на контрольные работы (КР) включены три задачи по следующим темам:
q по разделу «Соединения»
1. Расчет сварных соединений;
2. Расчет резьбовых соединений.
q по разделу «Подъемно-транспортные машины»
3. Общий расчет механизма подъема груза.
Задание на курсовой проект (КП) охватывает остальные разделы курса «Детали машин»: передачи, валы, подшипники, муфты, корпусные детали. В тематику проекта входит проектирование приводов различных машин и механизмов (ленточных и цепных конвейеров, манипуляторов, испытательных стендов и др.).
В настоящих методических указаниях на контрольные работы за исключением задачи по расчету механизма подъема груза представлены 16 типов заданий в 10 вариантах, на курсовой проект – 20 типов заданий в 10 вариантах.
Студентам очной формы обучения выдается задание на КР по разделу «Соединения» в начале 5-го семестра, после их выполнения они получают задание на КП (в 1-м периоде 5-го семестра).
Для студентов заочной формы обучения при выполнении контрольных работ и проекта обязательным является тот тип задания, который соответствует последней цифре шифра зачетной книжки студента, и тот вариант этого задания, который соответствует предпоследней цифре шифра. Если одна из этих цифр шифра - нуль, то студент должен соответственно выполнять 10-й тип задания или 10-й вариант. Задача по разделу «подъемно-транспортные машины» содержит один тип задания в 10 вариантах. В этом случае по последней цифре шифра студент определяет только вариант задания.
Студентам ускоренной формы обучения требуется выполнить задание только по курсовому проекту, тип и вариант КП определяется как для студентов заочной формы обучения.
Для студентов, участвующих в научно-исследовательской работе кафедры «ОПМ», допускается замена заданий или сокращение курсового проекта с сохранением общего объема работы, как для типового проекта. В тематику курсового проекта с научно-исследовательской частью может входить: разработка оригинальных механизмов и их узлов; исследование оптимальных параметров приводов различных механизмов; создание программного обеспечения для автоматизированного проектирования деталей машин и др. Выдача заданий с научно-исследовательской тематикой производится в начале семестра по согласованию с преподавателем. При этом студент может сам предложить тему своей научной работы.
Перед выполнением контрольных работ и курсового проекта необходимо изучить соответствующие разделы по источникам [1,2,6,7,8] (см. список литературы).
1. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО СВАРНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ
В начале решения задачи устанавливаются параметры сварной конструкции: размеры соединяемых деталей, сварного шва, которые требуется определить. Назначаются условия проектирования: выбирается материал деталей, вид сварки, вычисляются допускаемые напряжения.
Затем выполняется расчет на прочность соединяемой детали. Для опасного сечения детали записывается условие прочности, из которого находятся неизвестные размеры. Если условие прочности имеет сложное выражение, то значение искомого размера проще определить подбором. Если деталь изготовлена из листового проката, и её толщина не указана, то она принимается конструктивно в диапазоне (6…20) мм. В случае использования в конструкции уголков, швеллеров, двутавров их номер профиля определяется по сортаменту в зависимости от расчетной площади поперечного сечения.
Далее рассчитывается на прочность сварной шов. При этом отдельно изображается расчетная схема сварного шва, относительно центра тяжести шва указываются действующие силовые факторы, показываются эпюры напряжений или векторы напряжений для наиболее нагруженной точки шва. Катетом углового шва обычно задаются в зависимости от толщины соединяемых элементов, его значение не должно быть меньше 3 мм. Если условие прочности шва не выполняется или запас прочности превышает 10%, то требуется изменить параметры шва и повторить расчет.
В источнике [4] приведены численные примеры расчета сварных соединений.
2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО РЕЗЬБОВЫМ СОЕДИНЕНИЯМ
Расчет резьбовых соединений производится с учетом способа установки болтов и характера их нагружения.
2.1. Болты установлены в отверстия соединяемых деталей с зазором
В этом случае соединение выполняется с предварительной затяжкой болтов.
На первом этапе расчета определяется необходимая сила начальной затяжки болтов FЗАТ с учетом специфики нагружения соединения [1].
При действии отрывающих сил и опрокидывающих моментов FЗАТ находится из условия нераскрытия стыка. Для болтов крепления крышек, нагруженных давлением жидкости или газа расчет FЗАТ производят по условию герметичности соединения.
При действии сил и моментов в плоскости стыка требуемую силу затяжки болтов определяют из условия несдвигаемости деталей в стыке.
При одновременном действии отрывающих и сдвигающих нагрузок сила начальной затяжки должна удовлетворять каждому условию.
На втором этапе оценивается прочность наиболее нагруженного болта. В проектном расчете, предварительно задавшись классом прочности и материалом болта, из условия прочности находят диаметр его в опасном сечении, по которому подбирается стандартная резьба. Если размеры болтов известны, то из условия прочности определяют требуемое допускаемое напряжение растяжения в болте, необходимый предел текучести, по нему принимается класс прочности.
2.2. Болты установлены в отверстия соединяемых деталей без зазора (под развертку)
Этот вариант установки болтов применяется при нагружении соединения силами и моментами в плоскости стыка. Болты, поставленные без зазора, не требуют затяжки. Затяжкой обеспечивается только сборка соединения. При расчете не учитываются силы трения в стыке.
В начале решения по условиям равновесия определяют силу, сдвигающую наиболее нагруженный болт. Затем, из условий прочности на срез и смятие находится требуемый диаметр стержня болта или устанавливается его класс прочности. Окончательные размеры болтов назначаются по стандарту.
При действии сил и моментов в плоскости стыка резьбового соединения необходимо рассмотреть два вышеназванных варианта установки болтов (с зазором и без зазора).
В ходе решения задачи должны быть показаны расчетная схема группового резьбового соединения и эскиз места установки болта.
В источнике [5] приведены численные примеры расчета резьбовых соединений.
3. указания К расчету передач «винт-гайка»
К заданиям по резьбовым соединениям добавлено два задания по расчету передачи «Винт –Гайка» (см. задания Р15, Р16). Критериями работоспособности винтовой пары являются износостойкость витков резьбы, прочность и устойчивость винта. Соответственно, должно быть выполнено три расчета. Расчет на износостойкость производится как проектный, расчет по двум другим критериям носит проверочный характер.
При выполнении задания по расчету винтового пресса (Р15) в начале определяется необходимая сила для изгиба балки.
При этом надо учесть образование пластического шарнира (напряжение, равное пределу текучести, распространяется на все поперечное сечение балки). Тогда пластический момент сопротивления изгибу 
, где 
- момент сопротивления изгибу в плоскости меньшей жесткости по сортаменту.
Примерная последовательность расчета винтовой пары:
1. Определить необходимый диаметр винта из проектного расчета по условию износостостойкости.
2. Проверить прочность винта с учетом осевой силы и крутящего момента, а при значительной длине – проверить устойчивость (продольный изгиб).
3. Определить число витков гайки из условия износостойкости и высоту гайки.
4. Определить наружный диаметр гайки из условия прочности тела гайки при растяжении.
5. Определить наружный диаметр буртика гайки из условия прочности на смятие.
6. Установить толщину буртика гайки из условия прочности на срез.
7. Принять удобную длину рукоятки, необходимое усилие руки рабочего и установить диаметр тела рукоятки из условия прочности на изгиб.
Расчет винтовой пары должен быть проиллюстрирован расчетной схемой винта с эпюрами продольных сил и крутящих моментов.
Формулы расчета винтовых механизмов приведены в источниках [6,7,18].
4. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО ОБЩЕМУ РАСЧЕТУ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Предлагается для нечетных вариантов задания составить кинематическую схему механизма подъема применительно к кранам мостового типа, для четных вариантов – к стреловым и поворотным кранам. На конструкцию механизма подъема существенное влияние оказывает кратность полиспаста, которая выбирается в зависимости от заданной грузоподъемности. В кранах, где канат непосредственно наматывается на барабан, для обеспечения вертикального перемещения груза применяют сдвоенные полиспасты. Если канат перед навивкой на барабан проходит через направляющие блоки, обычно применяют одинарные полиспасты с более высокой, чем у сдвоенных полиспастов, кратностью [8].
В задании продолжительность включения ПВ 15%, 25%, 40% соответствует по правилам Госгортехнадзора легкому, среднему, тяжелому режиму работы механизма.
Рекомендуется следующая последовательность расчета основных параметров механизма подъема.
1. Выбор каната по разрывному усилию.
2. Определение диаметров блоков полиспаста, размеров барабана. Проверка стенки барабана на прочность.
3. Выбор двигателя по статической мощности при подъеме номинального груза.
4. Выбор редуктора исходя из расчетной мощности, частоты вращения двигателя, передаточного числа и режима работы.
5. Проверка двигателя на пуск и нагрев.
6. Выбор тормоза по расчетному тормозному моменту с учетом коэффициента запаса торможения при опускании номинального груза.
В источнике [10] приведены численные примеры расчета механизма подъема.
5. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДЕТАЛЯМ МАШИН
Проект состоит из графической части в объеме 3,5 чертежей формата А1 и расчетной части в виде пояснительной записки объемом 40 – 50 страниц формата А4.
Графическая часть включает:
1. Эскизную компоновку редуктора (производится карандашом на миллиметровке формата А1)
2. Редуктор – 1 лист.
3. Рабочие чертежи деталей – 1 лист.
3.1. Тихоходный вал (чертеж формата А3).
3.2. Зубчатое (червячное) колесо (чертеж формата А3).
3.3. Крышка (корпус) редуктора (чертеж формата А2).
4. Общий вид привода – 1 лист.
5. Раму (плиту) – 0,5 листа
В состав пояснительной записки (ПЗ) входят титульный лист, техническое задание, оглавление, основной текст, список литературы, приложение (миллиметровка с эскизной компоновкой редуктора, спецификации на чертеж привода и редуктора).
Структура основного текста ПЗ:
1. Кинематический расчет привода.
1.1. Выбор электродвигателя (с проверкой условия пуска).
1.2. Общее передаточное отношение привода, разбивка его по ступеням.
1.3. Определение крутящих моментов на валах и их частот вращения.
2. Расчет передач
2.1. Тихоходная ступень редуктора (указать тип передачи, исходные данные для расчета).
2.1.1. Выбор материала, термообработки колес и определение допускаемых напряжений.
2.1.2. Проектный расчет.
Определение геометрических параметров зацепления.
2.1.3. Проверочный расчет.
Проверка условий контактной и изгибной выносливости зубьев колес, условий контактной и изгибной прочности зубьев при пиковой нагрузке.
2.1.4. Силы в зацеплении.
2.1.5. Конструкция колес.
2.2. Быстроходная ступень редуктора (аналогично п. 2.1.).
2.3. Открытая (цепная или ременная) передача.
Полный расчет при одноступенчатом редукторе. Проектный расчет при двухступенчатом редукторе.
3. Эскизная компоновка редуктора
3.1. Предварительный расчет диаметров валов.
3.2. Выбор подшипников.
3.3. Основные размеры корпуса редуктора.
4. Конструирование и расчет валов, подшипников, шпоночных (шлицевых) соединений.
4.1. Тихоходный вал.
4.1.1. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов.
4.1.2. Расчет вала на сопротивление пластическим деформациям по сечению, в котором возникает наибольшее эквивалентное напряжение.
4.1.3. Расчет вала на сопротивление усталости.
4.1.4. Расчет подшипников тихоходного вала.
4.1.5. Расчет шпоночных соединений тихоходного вала.
4.2. Промежуточный вал (п. 4.2.1 – 4.2.5.).
4.3. Быстроходный вал (п. 4.3.1 – 4.3.5.).
5. Конструкция и эксплуатация установки.
5.1. Конструкция редуктора. Смазка зубчатых передач, подшипников. Для червячного редуктора - тепловой расчет.
5.2. Выбор стандартных муфт.
5.3. Конструкция рамы (плиты), выбор фундаментных болтов.
5.4. Эксплуатация установки. Техника безопасности.
Численные примеры расчетов передач приведены в источниках [11, 12, 14], по валам, подшипникам, шпоночным (шлицевым) соединениям в [15 - 18].
Студенты очной формы обучения выполняют кинематический расчет привода и расчет передач в 5-м семестре. В начале 6-го семестра производят компьютерное исследование оптимальных параметров зубчатых передач, по установленному их оптимальному варианту осуществляют дальнейшее проектирование редуктора.
Для студентов ускоренной формы обучения объем курсового проекта сокращен. В графической части отсутствует чертеж рамы (плиты). В пояснительной записке подробно рассчитывается только тихоходный вал. Для промежуточного и быстроходного вала производится сокращенный расчет, соответствующий пунктам 4.1.1., 4.1.2.
6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Пояснительная записка выполняется на одной стороне стандартных листов формата А4 с полями по каждому краю – 20 мм.
На титульном листе должны быть написаны чертежным шрифтом: сверху наименование министерства, учебного заведения, кафедры, в середине - пояснительная записка к контрольной работе (проекту) с указанием темы, ниже записывается Ф.И.О. студента, его группа, шифр зачетной книжки, Ф.И.О. преподавателя, снизу листа проставляется год (рис.1).
В записке все расчеты должны сопровождаться краткими, ясными пояснениями, при необходимости расчетными схемами и эскизами. Расчетные формулы должны быть записаны в буквенном виде (с расшифровкой смысла каждого символа), далее – с заменой каждого символа соответствующим числовым значением. Затем приводится окончательный результат с указанием размерности. Единицы измерений и размерности проставляются в системе СИ. Справочные данные помечаются в квадратных скобках ссылками на используемую литературу, список которой приводится в конце записки. Список литературы формируется по мере выполнения задания.
Оформление чертежей курсового проекта должно соответствовать требованиям, излагаемым в источнике [11].
Для студентов очной формы обучения обязательным требованием является выполнение эскизной компоновки редуктора «вручную» карандашом на миллиметровке.
|
Рис.1 Оформление титульного листа пояснительной записки
Допускается при возможности студента оформлять контрольные работы и проект с помощью ЭВМ. Рекомендуется текстовую часть записки набирать в офисном пакете Microsoft Word, чертежи выполнять в системе AutoCAD.
7. СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
Для студентов-заочников в таблице 1 приведены примерные сроки выполнения заданий.
Таблица 1
| Содержание работы | Номер недели от начала семестра | % выполнения | |
| 5 семестр | 6 семестр | ||
| Контрольные работы | |||
| 1. Расчет сварных соединений 2. Расчет резьбовых соединений 3. Общий расчет механизма подъема | |||
| Курсовой проект | |||
| 1. Кинематический расчет привода 2. Расчет передач 3. Эскизная компоновка редуктора с предварительными расчетами 4. Эскизный проект редуктора с расчетами валов и подшипников 5. 1 лист (общий вид редуктора) 6. 2 лист (рабочие чертежи деталей) 7. 3 лист (общий вид привода) 8. 4 лист (рама или плита – 0,5 л.) 9. Оформление пояснитель. записки 10. Защита проекта |
Библиографический список
По разделу «Соединения».
1. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. и механич. спец. вузов. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.
2. Иосилевич Г.Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.
3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 512 с.
4. Сварные соединения: Методические указания и задания /Сост.
В.И. Тарханов. –Ульяновск: УлПИ, 1991. –32 с.
5. Резьбовые соединения: Методические указания и задания /Сост.
В.И. Тарханов. –Ульяновск: УлПИ, 1991. –32 с.
6. Вагнер В.А. и др. Детали машин. – Барнаул: ОАО «ИПП Алтай», 2007. – 744с.
7. Чернилевский Д.В. Детали машин и основы конструирования. – М.: Машиностроение,2006. –650 с.
По разделу «Подъемно-транспортные машины».
8. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. – М.: Высш. шк., 1985. – 520 с.
9. Справочник по кранам: В 2 т. / Под общ. ред. М.М. Гохберга. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. –Т.1; 536 с. – Т2; 559 с.
10. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин / Ф.К.Иванченко и др.– Киев: Вища.шк., 1975.- 520 с.
По курсовому проекту.
11. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.:Издательский центр «Академия»,2003. – 496 с.
12. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов / С.А.Чернавский и др. – М.: Машиностроение, 1984. – 560 с.
13. Детали машин: Атлас конструкций: В 2 ч. / Под общ. ред. Д.Н. Решетова. – М.: Машиностроение, 1992.- Ч.1; 352 с.
14. Основы проектирования машин: учебное пособие. Часть 2 / В. Н. Демокритов и др. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 236 с.
15. Расчет и конструирование валов: Методические указания / Сост.
В.И. Тарханов. – Ульяновск: УлПИ, 1994. – 40 с.
16. Расчет и выбор подшипников качения: Методические указания / Сост. В.И. Тарханов. – Ульяновск: УлПИ, 1993. – 60 с.
17. Шпоночные и шлицевые соединения: Методические указания / Сост. В.И. Тарханов. – Ульяновск: УлГТУ, 1995. – 32 с.
18. Конструирование узлов и деталей машин: справ. Учебно-метод. пособие / Л.В. Курмаз, О.Л. Курмаз. – М.: Высшая школа, 2007. – 455 с.
О Г Л А В Л Е Н И Е
| ВВЕДЕНИЕ ….…………………………………………………………………… | |
| 1. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО СВАРНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ …………………………………………………….. | |
| 2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО РЕЗЬБОВЫМ СОЕДИНЕНИЯМ……………………………………………………… | |
| 2.1. Болты установлены в отверстия соединяемых деталей с зазором ……………………………………………………………………….. | |
| 2.2. Болты установлены в отверстия соединяемых деталей без зазора ………………………………………………………………………. | |
| 3. указания К расчету передач «винт-гайка» ……………. | |
| 4. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ ПО ОБЩЕМУ РАСЧЕТУ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ………………………………. | |
| 5. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДЕТАЛЯМ МАШИН ………………………………………………….. | |
| 6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И КУРСОВОГО ПРОЕКТА ………………………………………………. | |
| 7. СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ ………………………………... | |
| Библиографический список …………………………………... | |
| Задания на контрольные работы и курсовой проект по деталям машин ……………………………………………………………………... |
Учебное издание