Детали машин и основы конструирования: Рабочая программа, задания на контрольную работу и курсовой проект

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ Рабочая программа. Методические указания к изучению дисциплины. Задания на контрольную работу и курсовой проект. Направления и специальности подготовки дипломированного специалиста: Факультет Направление Специальность Направление

657800 – 120100 – 653200 –

Специальность

170900 –

Факультет Направление Специальность

651400 – 120500 –

Машиностроительный Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств Технология машиностроения Транспортные машины и транспортнотехнологические комплексы Подъемно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование Технологии материалов и веществ Машиностроительные технологии и оборудование Оборудование и технология сварочного производства

Направления подготовки бакалавра: 552900 – 551800 –

Технология, оборудование и автоматизация шиностроительных производств Технологические машины и оборудование

Санкт-Петербург 2003

ма-

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.81

Детали машин и основы конструирования: рабочая программа, задания на контрольную работу и курсовой проект. – СПб.: СЗТУ, 2003. -26 с. Рабочая программа соответствует требованиям Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по специальностям 1201, 1709, 1205. Курс охватывает вопросы конструирования и расчета на прочность деталей машин общего назначения. Представлены варианты заданий на контрольную работу и курсовой проект с учетом специфики специальностей. Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры подъемнотранспортных машин и оборудования 7 мая 2003 года. Одобрено методической комиссией машиностроительного факультета 26 мая 2003 года. Рецензент: кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования СЗТУ (зав. кафедрой Ю.П.Лапкин, канд. техн. наук, проф.);

Составители:П.В.Гордин, к. т. н., доцент .

Е.М. Росляков, к.т.н.,профессор

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003

3

ПРЕДИСЛОВИЕ Уровень развития машиностроения на современном этапе определяется научно-техническим потенциалом. Выпускник высшего учебного заведения должен уметь самостоятельно решать научно-технические задачи с учетом достижений науки и техники как в данной области так и с учетом достижений смежных отраслей. Основная цель изучения дисциплины «Детали машин и основы конструирования»- сформировать у выпускников знания и умения самостоятельно решать вопросы расчета и конструирования деталей общего назначения с выполнением необходимых чертежей. Задача дисциплины – ознакомление с назначением, конструкцией и методами расчета деталей общего назначения. Студент должен знать: 1. Основные критерии работоспособности деталей машин и виды отказов. 2. Основы теории и расчета деталей и узлов машин. 3. Типовые конструкции деталей и узлов машин, их свойства и области применения. 4. Основы автоматизации расчетов и конструирования деталей и узлов машин, элементы оптимизации проектирования. Студент должен уметь: 1. Самостоятельно конструировать узлы машин общего назначения по заданным параметрам. 2. Самостоятельно подбирать справочную литературу, стандарты, а также прототипы конструкций при проектировании. Дисциплина изучается на 3 курсе специальностей 1104 и 1208, на 4 курсе специальности 1502 и базируется на общенаучных и общетехнических дисциплинах: теоретическая механика, теория механизмов и машин, сопротивление материалов, материаловедение, высшая математика, прикладная механика и завершает общетехническую подготовку.

4

1.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

(объем дисциплины 170 часов) ВВЕДЕНИЕ Роль машиностроения в экономике. Основные направления развития конструкций машин. Место курса в системе подготовки инженера – механика. Определение основных понятий и классификация сборочных узлов и деталей машин. Связь курса с общетехническими и специальными дисциплинами, его роль и место в подготовке инженеров. Краткий обзор истории и развития дисциплины. 1.1.1.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН

[1], c.5…19; [2], c. 8…35 Основные составные элементы машин: двигатель, передача, исполнительный механизм, корпус, система управления. Возможные объекты нового проектирования и конструирования. Этапы проектирования и конструирования. Основные требования при конструировании машин (максимальная полезная отдача, технологичность изготовления, надежность и долговечность, экономическая эффективность, дизайн). Основные понятия стандартизации, унификации и взаимозаменяемости. Система допусков и посадок, их выбор при конструировании узлов общего назначения. Основные требования, предъявляемые к деталям и узлам машин. Понятия работоспособности, технологичности, экономичности. Прочность (модели нагружения, модели разрушения). Конструктивные и технологические методы повышения прочности. Определение допускаемых напряжений и запасов прочности. Жесткость деталей машин, параметры жесткости при различных видах нагружения. Влияние параметра жесткости на выбор материала и размеров детали. Режимы работы машин, расчетные нагрузки. Назначение и порядок проектного и проверочного расчетов. Основы триботехники деталей машин. Износ в кинематических парах и классификация видов изнашивания. Природа трения скольжения, режимы трения. Конструктивные и технологические способы повышения износостойкости кинематических пар. 1.1.2.

СОЕДИНЕНИЯ

Характеристика и назначение соединений. Классификация соединений: разъемные (резьбовые, шпоночные, штифтовые, зубчатые, клеммовые); неразъемные (сварные, паяные, клеевые, соединения с натягом, заклепочные). Срав-

5

нительная характеристика и области применения. Коэффициент прочности соединения 1.1.2.1

Резьбовые соединения

[1], c.21…58; [2], c.63…93 Характеристика и область применения. Соединения болтами, винтами, шпильками. Типы резьб, геометрические параметры. Стандарты на элементы соединений. Понятие о самоторможении и стопорении резьбовых соединений. Распределение нагрузки по виткам гайки. Напряжения в резьбе при действии осевой силы (затяжки и рабочей нагрузки). Расчет высоты гайки и глубины завинчивания шпильки.

Особенности расчета и конструирования многоболтовых соединений. Проектный и проверочный расчет, стандартизация и унификация многоболтовых соединений. Материалы для изготовления элементов резьбовых соединений с учетом условий их работы. Допускаемые напряжения и запасы прочности в зависимости от условий нагружения, методов затяжки. 1.1.2.2

Шпоночные, зубчатые и штифтовые соединения

[1], c. 67…100; [2], c.103…111 Основные типы шпонок: призматические, сегментные, специальные. Основные геометрические размеры и стандарты на них. Область применения. Подвижные и неподвижные соединения. Достоинства и недостатки. Напряжения в шпонках. Проверочный расчет. Материалы шпонок и допускаемые напряжения. Зубчатые (шлицевые) соединения. Форма зубьев: прямобочная, эвольвентная, треугольная. Основные геометрические параметры и их подбор по стандартам. Способы центрирования соединений. Напряжения, возникающие при передаче нагрузки. Выбор допускаемых напряжений. Проектный и проверочный расчет соединений. 1.1.2.3

Соединения деталей посадкой с натягом

[1], c.100…110; [2], c.57…62 Область применения в машиностроении. Принцип работы. Технология сборки: запрессовка, соединение за счет температурных деформаций (нагрев или охлаждение). Достоинства и недостатки методов сборки. Расчет необходимого натяга при нагружении соединения осевой силой и крутящим моментом. Расчет предельной нагрузки при заданных полях допусков. Понятие о прочности соединяемых деталей. 1.1.2.4

Сварные соединения

[1], c.64…78; [2], c.45…54 Роль сварки в машиностроении. Методы сварки. Основные конструкции сварных швов: стыковые, нахлесточные, тавровые. виды их повреждения и кри-

6

терии их работоспособности. Расчеты сварных швов при постоянных во времени нагрузках. Допускаемые напряжения. 1.1.3.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 1.1.3.1

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

[1], c. 111…113; [2], c. 113…115 Назначение и структура механического привода, его характеристики. Назначение и классификация передач. Передачи для постоянного и переменного передаточного отношения. Общие кинематические и энергетические соотношения для механических передач вращательного движения. 1.1.3.2

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

[1], c. 113…197; [2], c. 153…209 Зубчатые передачи (цилиндрические прямозубые, косозубые и конические), их характеристика и область применения, основные геометрические параметры, стандарты на зубчатые передачи. Точность изготовления зубчатых колес. Материалы, термообработка и другие методы упрочнения стальных зубчатых колес. Работа зубьев в зацеплении. Напряжения возникающие при работе передач в зубьях: зоны приложения и цикличность действия. Виды повреждения зубчатых колес. Определение расчетных нагрузок. Учет концентрации нагрузки по длине зубьев (коэффициент концентрации нагрузки), и коэффициент динамической нагрузки, связанный с качеством изготовления. Факторы, влияющие на их величину. Силы, возникающие при работе цилиндрических прямозубых, косозубых и шевронных передач, а так же в конических прямозубых передачах. Определение допускаемых напряжений для зубчатых передач. Расчет прямозубых, косозубых цилиндрических и конических передач по контактным напряжениям. Расчетная модель. Формулы для проверочного и проектного расчетов. Порядок проектного расчета. Факторы, влияющие на контактную прочность зубьев. Расчет прямозубых, косозубых цилиндрических и конических передач по напряжениям изгиба зубьев. Расчетная модель. Формулы для проверочного и проектного расчетов. Факторы, влияющие на изгибную прочность зубьев. 1.1.3.3

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

[1], c. 198…215; [2], c. 224…245 Червячные передачи: их характеристика и область применения. Виды червяков и их стандартные геометрические параметры . материалы и термообработка червяков. Конструкция и применяемые материалы для изготовления червячных колес, стандартные геометрические параметры. Кинематические параметры передач. КПД червячной передачи. Силы, действующие в червячной передаче. Критерии работоспособности и виды отказов. Особенности расчета по контактным напряжениям и изгиба.

7

Формулы для проверочного и проектного расчетов. Определение допускаемых напряжений. Тепловой расчет, охлаждение и смазка передачи. 1.1.3.4

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

[1], c. 276…291; [2], c. 251…161 Элементы цепной передачи: звездочки, цепи. Стандарты на конструкцию звездочек. Конструкция втулочных, роликовых и зубчатых цепей. Стандартные параметры цепей. Геометрические параметры цепных передач. Неравномерность движения цепи и удары шарнира о зуб. Износ шарниров цепи. Рекомендации по допускаемому износу и по выбору числа зубьев звездочек. Практический расчет цепной передачи. 1.1.3.5

РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

[1], c.251…276; [2], c.124…150 Элементы ременной передачи: шкивы, ремни. Типы ремней. Геометрические параметры передачи. Силы и силовые зависимости в передаче. Напряжения в ремне. Влияние отдельных составляющих напряжений на тяговую способность и долговечность ремня. Скольжение в передаче. Кривые скольжения и КПД. Типы плоских ремней и методика расчета передачи. Передачи с клиновыми ремнями. Их достоинства и особенности конструкции. Методика расчета клиноременных передач. 1.1.3.6

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

[1], c.240…251; [2], c.116…123 Фрикционные передачи и вариаторы. Принцип действия и классификация. Основные типы фрикционных передач и вариаторов. Основные факторы, определяющие качество фрикционной передачи. Основы расчета прочности фрикционных пар. 1.1.3.7

ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА

[1], c.292…294; [2], c.262…267 Области применения. Типы резьб. Специальные винтовые пары. Материалы и допускаемые напряжения гаек и винтов. Особенности расчета резьбы винтовых механизмов. 1.1.4.

ВАЛЫ И ОСИ

[1], c.295…307; [2], c.269…284 Конструкция валов и осей. Материалы, применяемые для изготовления валов. Проектный расчет. Проверочный расчет: выбор расчетной схемы и опре деление нагрузок. Расчет на прочность по допускаемым напряжениям и запасам прочности. Концентраторы напряжений. Жесткость валов на изгиб и кручение. Параметры жесткости (расчетные и допускаемые). Расчет валов на колебания. Собственная и вынужденная частота колебаний.

8 1.1.5.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

[1], c.325…341; [2], c.303…319 Классификация подшипников качения по воспринимаемой нагрузке и условиям работы. Область применения. Основные конструкции. Маркировка подшипников в зависимости от геометрических размеров. Классы точности. Распределение нагрузки между телами качения. Основные критерии работоспособности и расчета. Выбор подшипников по динамической грузоподъемности. Эквивалентная динамическая нагрузка. Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемности. Особенности расчета нагрузки радиальноупорных подшипников. Установка, уплотнение и смазка подшипников. 1.1.6.

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

[1], c.308…325; [2], c.288…300 Назначение и классификация. Конструкция и материалы подшипников скольжения. Режимы трения и критерии расчета. Гидростатические и гидродинамические подшипники. Расчет подшипников, работающих при полужидкостном трении. Расчет радиальных подшипников жидкостного трения. 1.1.7.

МУФТЫ

[1], c.341…375; [2], c.320…341 Муфты, их роль в машинах. Виды погрешностей взаимного расположения валов. Назначение и классификация муфт. Муфты неуправляемые: глухие (втулочные, фланцевые), компенсирующие жесткие (кулачково-дисковая, зубчатая), компенсирующие упругие (с металлическим упругим элементом и резиновым упругим элементом), управляемые (кулачковые и фрикционные), самоуправляемые (предохранительные, центробежные, свободного хода), их конструкция, методика подбора и расчета. Стандарты на муфты. 1.1.8.

УПЛОТНЕНИЯ И СМАЗЫВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА [3],с.210-230

Смазочные материалы: пластичные и жидкие. Центральные и индивидуальные системы смазки. Контактные и бесконтактные уплотнения подвижных соединений. Уплотнения неподвижных соединений. 1.1.9.

КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ [3], с. 230-240

Классификация корпусных деталей. Материалы и критерии работоспособности. Конструкция корпуса в зависимости от метода сборки машины: осевая, радиальная. Особенности конструкции литых и сварных корпусов.

9 1.2.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

(28 часов) Объем, часы 1. Введение. Составные части машин: двигатель, передача, исполнительный механизм, корпус. Детали общего и специального назначения. Проектный и проверочные расчеты. Расчетные нагрузки. Этапы проектирования и конструирования . 2. Критерии работоспособности: прочность, жесткость, теплостойкость, виброустойчивость. Износ деталей и основные понятия трибоники. 3. Основные положения теории надежности машин. Виды отказов. Понятия работоспособности, надежности, долговечности. Ремонтируемые и неремонтируемые технические объекты. Расчетные параметры надежности 4. Соединения. Резьбовые соединения: геометрические параметры, классификация, напряжения в резьбе, характер распределения нагрузки по виткам гайки. Порядок расчета одиночных болтов. 5. Конструкция и методы расчета шпоночных, зубчатых, прессовых и сварных соединений. 6. Механические передачи. Основные типы передач в зависимости от принципа работы. Нагрузочные характеристики. Зубчатые передачи: основные характеристики. 7. Основные геометрические параметры цилиндрических (прямозубых, косозубых) и конических передач. Силы в зацеплении этих передач. Работа зуба в зацеплении. 8. Расчетные нагрузки. Степень точности передач. Материалы и термообработка зубчатых колес. Допускаемые напряжения (контактные и изгиба). 9. Расчет зубчатых передач по контактным напряжениям. 10. Расчет зубчатых передач по напряжениям изгиба. 11. Основные геометрические параметры червячных передач. Силы действующие в зацеплении. Особенности расчета по контактным напряжениям и изгиба. Выбор материала и определение допускаемых напряжений. Тепловой расчет. 12. Валы и оси. Конструкция и проектный расчет валов и осей. Проверочный расчет на прочность и жесткость. 13. Подшипники скольжения: конструкция и принцип работы. Подшипники качения; конструкция, типы, маркировка. Подбор по статической и динамической грузоподъемности. 14. Механические муфты: классификация основных конструкций муфт. Назначение муфт и методика их подбора. 1.3.

2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

(28 часов) Темы практических занятий 1. 2. 3. 4. 5.

Расчет резьбовых соединений. Расчет шпоночных и зубчатых соединений Расчет сварных соединений Расчет соединений с гарантированным натягом Расчет заклепочных и клеммовых соединений

Объем, часы 4 2 2 2 2

10 6. 7. 8. 9. 10.

Расчет цилиндрических и конических зубчатых передач Расчет червячных передач Подбор и расчет цепных и ременных передач Конструирование и расчет валов Подбор и расчет подшипников качения и скольжения

2.

4 2 4 3 3

ЛИТЕРАТУРА

Основная: 1. Иванов М.И. Детали машин. 6-е изд. –М.: Высш. школа, 1998. 2. Гузенков П.Г. Детали машин. 4-е изд. –М.: Высш. школа, 1986. 3. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. –М.: Высш. школа, 1991. Дополнительная: 4. Проектирование механических передач. М., Машиностроение, 1984. 5. Цехнович Л.И., Петриченко И.П. Атлас конструкций редукторов. -Киев: Вища школа. 1979.

3.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина «детали машин и основы конструирования» относится к числу общетехнических дисциплин. При изучении дисциплины достаточно проработать один из рекомендуемых учебников основной литературы, руководствуясь программой. Ответив на все тестовые вопросы вы готовы к сдаче зачета и экзамена. Дополнительная литература может быть использована при выполнении контрольных работ и курсового проекта. ВВЕДЕНИЕ Цель дисциплины – научить студентов методам, правилам и нормам конструирования, обеспечивающих рациональный выбор материала, размеров, конструктивных форм в зависимости от заданных условий работы машины с учетом основных тенденций развития: повышение коэффициента полезного действия, производительности и надежности при значительном снижении металлоемкости машин. 3.1.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН

Изучая данную тему, необходимо, усвоить принципиальную структуру машины, что может быть в машине объектом нового конструирования. Основ-

11

ные этапы проектирования и конструирования. Основные требования, предъявляемые при конструировании. Роль стандартизации и унификации при конструировании. Значение дизайна и эргономики. Обеспечение надежности, долговечности и ремонтопригодности. Технико-экономические основы при конструировании. Принципы сборки машин. 3.2.

СОЕДИНЕНИЯ

В этой теме основное внимание необходимо уделить резьбовым, шпоночным, зубчатым, прессовым и сварным соединениям. В резьбовых соединениях необходимо обратить внимание на характер распределения нагрузки по виткам резьбы гайки, напряжения в резьбе и определение стандартной высоты гайки. Уяснить расчет резьбовых соединений при действии осевой и сдвигающей силы. В шпоночных и зубчатых соединениях знать методы выбора основных геометрических параметров и проверки прочности по напряжениям смятия. В соединениях с натягом усвоить достоинства и недостатки различных методов сборки, передаваемые нагрузки и метод расчета прочности соединения. При проработке сварных соединений нужно изучить достоинства и недостатки сварных швов различной конструкции (стыковые, нахлесточные, тавровые). 3.3.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

При проработке этого важнейшего материала курса необходимо изучить зубчатые цилиндрические (прямозубые, косозубые), конические прямозубые, червячные, цепные и ременные передачи. Необходимо хорошо знать геометрические параметры, силы и напряжения, действующие в них. Иметь представление о проектном и проверочном расчетах. Знать стандарты на геометрические параметры. В цепных передачах ознакомиться с классификацией приводных цепей, конструкцией. Усвоить выбор параметров по стандартам с учетом критерия работоспособности. При изучении ременных передач основное внимание обратить на изучение клиноременных передач классификацию ремней, геометрические размеры, силы и напряжения возникающие в ремне, от каких параметров зависит тяговая способность и скольжение в передаче. Во фрикционных передачах ознакомиться с принципом работы, областью применения, иметь представление о некоторых конструкциях вариаторов. 3.4.

ВАЛЫ И ОСИ

При изучении этой темы обратить внимание на порядок расчета вала: проектный расчет(предварительная оценка диаметра вала), разработка конструкции, проверочный расчет. Расчет включает составление расчетной схемы,

12

расчет и построение эпюр изгибающих моментов, определение опасных сечений и расчет запасов усталостной выносливости. Иметь представление о расчете на жесткость и колебания вала. 3.5.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Ознакомиться с конструкцией подшипников качения в зависимости от воспринимаемой нагрузки, маркировкой и классами точности изготовления. Знать методику подбора по стандартам по статической или динамической грузоподъемности. Ознакомиться с конструкцией подшипниковых узлов. 3.6.

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

Знать область применения, достоинства и недостатки подшипников скольжения. Условия работы при смешанном и жидкостном трении. Расчет параметров жидкостного трения. 3.7.

МУФТЫ

Изучая муфты, необходимо обратить внимание на классификацию по назначению, на подбор муфт по стандартам. Иметь представление о конструкции наиболее широко применяемых муфт.

4.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ 4.1.

Методические указания

Согласно учебному плану студенты специальности 1104 заочной и очнозаочной форм обучения выполняют две контрольные работы, каждая из корых состоит из трех задач. Студенты специальности 1208 и 1502 контрольные работы не выполняют.

Рис. 1.

Рис. 2.

Исходные данные для каждой задачи выбираются из таблицы по последней цифре шифра. Необходимо полностью переписать условия, расчетную схему. Решение должно быть выполнено в определенной последовательности, что-

13

бы был виден логический ход решения и пояснено необходимым текстом и указаниями на литературу, из которой взяты расчетные формулы и другие параметры. В конце контрольной работы приводится список использованной литературы. Выполненная контрольная работа сдается на кафедру или преподавателю для рецензирования. После получения прорецензированной работы студент должен исправить все ошибки, отмеченные рецензентом. . КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1. 4.2.

Задача 1

Подобрать по стандарту подвижное зубчатое (шлицевое) соединение блок-шестерни с валиком коробки передач и проверить его на прочность (рис. 1). Передаваемый валиком вращающий момент Т и диаметр валика D заданы в табл.1. Ширину блок-шестерни определить из условия прочности зубчатого соединения Таблица 1 Величина

Т, Нм D, мм

Варианты 1 2 620 640 40 47

3 680 55

4 720 67

5 760 72

6 800 78

7 840 86

8 880 95

9 860 102

10 780 110

Материал валика и блок-шестерни принять самостоятельно. 4.3.

Задача №4

Проверить прочность сварных швов, соединяющих диск с зубчатым ободом и диск со ступицей (рис. 4). Мощность P, передаваемая колесом, угловая скорость ω, величина катета сварных швов k, диаметр диска и наружный диаметр ступицы d заданы в табл.4. Сварка ручная электродом Э42. Материал зубчатого колеса выбрать самостоятельно. Таблица 4 Величина

Р, кВт

ω, с

-1

d, мм D, Мм k, мм

1

2

3

4

10 10 70 140 3

12 10 75 150 3

14 10 80 160 4

16 12 85 170 4

Варианты 5 6 18 20 12 12 90 120 180 240 4 6

4.4.

Задача № 5

7

8

9

0

22 14 130 260 6

24 14 135 270 8

25 14 140 280 8

27 14 145 290 8

Определить допустимые вращающие моменты при минимальном и максимальном натяге соединения вала с муфтой (рис.5). Диаметр вала d1, наружный диаметр ступицы d2, поле допуска вала и длина ступицы l заданы в табл. 5

14

Материал вала сталь, а муфты чугун. Обработка поверхности вала и муфты по 7-му классу шероховатости. Поле допуска отверстия Н7.

Рис.6

Рис5

Таблица 5 Величина d1, мм d2, мм l, мм Поле допуска

1 42 70 50 s7

2 55 80 60 s6

3 75 110 80 t6

4 80 120 90 t7

Варианты 5 6 90 100 140 160 105 110 u7 s6

4.5.

Задача № 6

7 100 170 130 s8

8 105 180 140 t8

9 85 130 120 u8

0 95 140 130 u6

Подобрать болты, скрепляющие зубчатое колесо с диском барабана лебедки (рис.6). Расчет вести в двух вариантах: d

а) болты поставлены с зазором;

D

б) болты поставлены без зазора. Вес поднимаемого груза, наружный диаметр барабана D1 и диаметр установки болтов D2 приведены в табл.6. Материал болтов Рвыбрать самостоятельно. Таблица 6 Величина F, кН D1, мм D2, мм

Варианты 1 2 18 20 260 280 400 420

3 22 300 440

4 24 320 460

5 26 340 480

6 28 360 500

7 30 380 520

8 32 400 540

9 34 420 560

0 36 440 580

15

5.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Курсовой проект является первой самостоятельной инженерной работой студента, посвященной расчету и конструированию узлов машин. Работая над проектом, студент должен пользоваться рекомендованной литературой, стандартами. Вначале необходимо изучить рекомендованную литературу, найти аналоги, принять за основу методик расчета по одному из пособий. Расчет следует вести параллельно с конструктивной проработкой данного узла. Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки объемом 35…40 страниц рукописного текста на листах формата А4 и графической части. Записка начинается титульным листом (см. приложение). После титульного листа, следует содержание записки, состоящее из разделов и подразделов: 1. Подбор электродвигателя и кинематический расчет. 2. Проектный расчет редуктора. 3. Проверочный расчет редуктора. 4. Проектный и проверочный расчет открытой (внешней) передачи. 5. Расчет сил, действующих в приводе. 6. Проектный расчет валов привода. 7. Определение конструктивных размеров зубчатых колес, корпуса и крышки редуктора. 8. Подбор и проверка прочности шпоночных или зубчатых соединений. 9. Эскизная компоновка редуктора и привода. 10. Определение реакций опор и проверка долговечности выбранных подшипников. 11. Расчет на сопротивление усталости валов редуктора. 12. Подбор муфты и проверка ее прочности. 13. Смазка редуктора (выбор сорта масла, его замена, контроль уровня масла в процессе эксплуатации). 14. Литература. При выполнении расчетно-пояснительной записки обязательно пользоваться примерами расчета, которые приводятся в конце каждого раздела приведенной литературы. Необходимый справочный материал содержится в литературе [3,4,5]. В конце записки помещают перечень использованной литературы. Расчетно-пояснительная записка должна иметь исчерпывающие расчеты всех разрабатываемых деталей и включать их эскизы с указанием геометрических размеров, расчетные схемы с действующими нагрузками. При выполнении расчетов все формулы сначала пишутся в буквенном виде, затем числовые значения в той же последовательности и результат с указанием размерности. Расшифровка буквенных обозначений производится в той последовательности, в которой они приведены в формуле. Если числовые значения некоторых параметров берутся из учебной или справочной литературы, то дается ссылка с

16

указанием номера таблицы, графика, страницы и источника по списку. Источник обозначается порядковым номером в квадратных скобках. Достаточная точность расчетов: для сил – в десятках чисел ньютонов, для моментов – в десятках долей Н·м, для напряжений – десятках долей МПа. Для линейных размеров в миллиметрах берут только целые числа. Лишь в особых случаях нужна большая точность – до десятых и сотых долей миллиметра, например, межосевые расстояния, диаметры зубчатых колес и т.д. Сказанное относится только к расчету, а не к изготовлению и обработке деталей, где требуется более высокая точность. Содержание графической части указано в каждом задании. Чертеж редуктора должен содержать изображения всех деталей желательно его выполнять в масштабе 1:1, чтобы иметь реальное представление о размерах деталей. На чертеже редуктора приводят следующие данные: габаритные размеры (длина, ширина, высота); размеры присоединительных поверхностей (диаметры и длины концов валов, размеры сечений шпонок с указанием посадок); основные расчетные параметры передач (межосевое расстояние, числа зубьев, модули, ширина колес, углы наклона зубьев и т.д.); сопряженные размеры: диаметры и посадки на валах зубчатых и червячных колес, шкивов, муфт, стаканов, центрирующих буртиков крышек подшипников, подшипников, координаты крепежных отверстий в корпусе и крышке; техническую характеристику редуктора: общее передаточное число, вращающий момент на тихоходном валу, технические требования на сборку (покраска поверхностей, герметизация разъемов, сорт масла). Рабочие чертежи деталей вычерчиваются после разработки конструкции и вычерчивания редуктора на листах стандартного формата. Функциональные размеры и конструкцию деталей задают из чертежа редуктора. Для всех функциональных размеров указывают предельные отклонения условными обозначениями полей допусков. При обработке деталей возникают погрешности геометрической формы, расположения осей, поверхностей и т. д. Поэтому на чертежах валов, зубчатых и червячных колес задают допуски расположения базовых поверхностей и осей в соответствии со стандартом ГОСТ 2.308-79. Если детали подвергаются термической обработке, то на чертежах в соответствии со стандартом наносятся указания о термической или химикотермической обработке. Задание курсового проекта выбирается в зависимости от специальности по предпоследней цифре шифра из приведенной таблицы. Специальность 1201 1709

1 2 3

2 3 4

3 7 5

Предпоследняя цифра шифра 4 5 6 7 8 8 3 2 7 8 6 7 4 6 3

9 3 5

10 7 4

17 1205

1 5.1.

8

8

1

1

8

8

1

1

8

Задание 1

Спроектировать привод ленточного транспортера, состоящий из червячного редуктора и цепной передачи (рис. 8). Мощность на валу ведомой звездочки Р3, угловая скорость ω3, угол наклона цепной передачи θ и срок службы привода Lг приведены в табл. 8

Рис.8

Таблица 8 Величина Р3,кВт ω,с-1 θ,град L лет

1 1,2 3 60 7

2 1,3 4 60 6

3 1,6 5 30 5

4 1,9 7 45 4

Варианты 5 6 2,3 2,6 8 9 30 60 10 11

7 3,3 10 45 10

8 3,5 11 60 9

9 4,2 12 30 8

0 4.8 10 45 9

Представить чертежи общего вида привода, червячного редуктора и рабочих чертежей червячного колеса и червяка. Подобрать упругую муфту. 5.2.

Рис. 9

Задание 2

Спроектировать привод шаровой мельницы, состоящей из конического зубчатого редуктора и открытой цилиндрической зубчатой передачи. Рис. 9

Мощность на зубчатом колесе мельницы Р3 , угловая скорость его ω3, срок службы привода приведены в табл. 9 Таблица 9 Величина Р3, кВт ω3, с-1 Lг , лет

1 1,3 6 10

2 1,6 6 7

3 1,9 7 8

4 2,1 7 9

Варианты 5 6 2,4 2,7 8 8 12 12

7 3,1 9 5

8 3,8 10 8

9 4,4 10 5

0 4,8 9 9

Представить чертежи общего вида привода, конического редуктора. Рабочих чертежей вала-шестерни и ведомого вала.

18 5.3.

Задание 3

Спроектировать привод к ленточному конвейеру состоящему из цилиндрического косозубого редуктора, клиноременной передачи, цепной муфты рис. 10. Тяговая сила ленты F ,скорость ленты V , диаметр барабана D и срок службы привода L приведены в табл. 10 Рис.10

Представить чертежи общего вида привода, цилиндрического редуктора и рабочих чертежей, ведомого цилиндрического колеса и ведомого вала Таблица 10 Величина

F, kH V, м/c D, мм L, лет

Рис.11

1 12 0.1 520 5

2 14 0.12 550 7

3 10 0.16 580 9

4 8 0.2 610 10

Варианты 5 6 14 8 0.25 0.12 650 550 8 9

7 12 0.3 580 12

8 14 0.3 520 9

9 16 0.16 550 7

5.4.

ЗАДАНИЕ 4

0 14 0.2 610 8

Спроектировать привод электрической лебедки, состоящей из червячного редуктора, клиноременной передачи упругой муфты и барабана рис. 11. Грузоподъемность лебедки F , скорость подъем V , диаметр барабана D , угол наклона ременной передачи θ и срок службы привода L приведены в табл. 11.

19

Таблица 11 Величина

F , кН V , м/с D, мм

θ, град

1 1,0 0,17 200 60 7

2 1,5 0,2 250 60 7

3 1,8 0,25 300 30 8

4 2,0 0,27 320 45 9

Варианты 5 6 2,5 2,8 0,20 0,23 350 400 60 30 10 10

7 3,0 0,24 300 60 6

8 З,2 0,26 350 60 12

9 3,5 0,30 300 30 13

0 4,0 0,28 250 45 11

L , лет Представить чертежи общего вида привода, червячного редуктора. Рабочих чертежей червячного колеса и тихоходного вала. 5.5.

Задание 5

Спроектировать приводцепного конвейера, состоящий из цилиндрического редуктора с шевронными зубчатыми колесами и клиноременной передачи, упругой муфты и звездочки тяговой цепи рис. 12. Тяговая сила цепи F , скорость тяговой цепи V , шаг тяговой цепи p , число зубьев звездочки z и срок службы L привода приведены в табл. 12.

Рис.12

Таблица 12 Величина

F ,Кн V М/с P ,мм Z L лет

1 2,0 0,5 80 7 6

2 2,4 0,6 100 9 8

3 2,6 0,65 100 9 9

4 2,8 0,55 80 8 7

Варианты 5 6 3,0 3,5 0,6 0,7 90 120 9 12 11 12

7 3,8 0.65 80 8 13

8 4,0 0,55 90 8 7

9 4,8 0,8 120 10 9

0 5,1 0,75 100 9 10

Таблица 13 Величина

F, кН V, м/с D, мм

θ, град L, лет

1 1,2 0,8 400 30 6

2 1,4 0,9 400 45 7

3 1,6 1,1 500 60 8

4 1,9 1,3 450 30 9

Варианты 5 6 2,0 2,2 1,5 1,6 450 550 45 60 5 12

7 2,5 0,9 450 30 11

8 2,7 0,8 500 45 10

9 3,1 1,1 400 60 14

0 3,5 1,2 450 60 15

20

Представить чертежи общего вида привода. Цилиндрического шевронного редуктора. Рабочих чертежей вала – шестерни и ведомого зубчатого колеса. 5.6.

Задание 6

Спроектировать привод к шнеку – смесителю, состоящий из червячного редуктора, клиноременной передачи, загрузочного бункера, упругой муфты и шнека рис.13. Тяговая сила шнека F , скорость перемеРис. 13. щения смеси V , наружный диаметр шнека D ,угол наклона ременной передачи θ и срок службы привода L приведены в табл. 13. Представить чертежи общего вид привода и червячного редуктора. Рабочих чертежей червячного колеса и выходного вала. 5.7.

Задание 7

Спроектировать привод станции подвесного конвейера, состоящего из конического редуктора и открытой прямозубой цилиндрической передачи рис. 14. ТягоРис.14 вая сила F , скорость грузовой цепи V , шаг грузовой цепи p , число зубьев звездочки z и срок службы передачи L приведены в табл. 14. Таблица 14 Величина F, кН V, м/с P, мм Z L,лет

1 3,0 0,55 80 7 10

2 3,4 0,6 100 8 9

3 3,8 0,65 100 9 7

4 4,0 0,6 80 10 5

Варианты 5 6 4,2 4,5 0,7 0,65 90 120 10 9 8 5

7 4,7 0,7 80 10 9

8 5,0 0,55 100 8 8

9 5,3 0,6 120 7 10

0 5,5 0,65 90 8 6

21

Представить чертежи общего вида привода и конического редуктора. Рабочих чертежей вала – шестерни и тихоходного вала. Подобрать и проверить на прочность упругую муфту. 5.8.

Задание 8

Рис.15

Спроектировать привод галтовочного барабана для снятия заусениц после штамповки, состоящий из клиноременной передачи, цилиндрического редуктора, цепной муфты и галтовочного барабана. Окружная сила на барабане F, окружная скорость барабана V, диаметр барабана D и срок службы привода L приведены в табл. 15. Таблица 15 Величина

F, кН V, м/с D, мм L, лет

1 0,8 2,0 400 4

2 1,0 2,5 600 6

3 1,2 2,0 800 8

4 1,4 2,5 500 9

Варианты 5 6 1,5 1,3 3,0 3,5 550 700 7 10

7 1,1 2,5 750 8

8 1,4 2,0 650 9

9 1,5 3,0 600 5

10 1,7 2,5 650 6

Представить чертежи общего вида привода и цилиндрического редуктора. Рабочие чертежи ведомого зубчатого колеса и ведомого вала. Подобрать цепную муфту.

6.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 6.1.

Общие вопросы конструирования деталей

1. Охарактеризуйте этапы нового конструирования деталей. 2. Критерии работоспособности - перечислите и приведите примеры конструкций, где тот или иной критерий является главным. 3. Объясните понятие номинальной и расчетной нагрузки. 4. Конструкционные материалы – факторы, которые учитывают при выборе материала. 5. Какими методами осуществляется оптимизация конструкций? Приведите примеры. 6.2.

Соединения

1. Классификация, типы и основные требования к соединениям. 2. Основные типы резьб и их геометрические параметры.

22

3. Основные типы крепежных резьб и деталей. Способы стопорения. 4. Как распределяется нагрузка по виткам резьбы гайки? 5. По каким напряжениям рассчитывают резьбу? Какое напряжение является главным для крепежных и ходовых резьб? 6.. По какому условию определяют стандартную высоту гайки? 7. Как рассчитываются болты, установленные без затяжки и нагружаемые осевой силой, и затянутые болты без последующей нагрузки? 8. Как рассчитывают болты, поставленные с зазором и без зазора в соединениях при сдвигающей нагрузке? 9. Как определяют расчетную нагрузку на болт, если внешняя нагрузка раскрывает стык деталей? 10. Какими средствами обеспечивают надежность соединения по условию нераскрытия стыка? 11. Конструкция и расчет сварного соединения встык, где находится расчетное сечение и при действии растягивающей силы? 12. Конструкция и расчет сварного соединения внахлестку. Почему не рекомендуется применять длинные фланговые швы? 13. Какие факторы влияют на прочность сварных швов? 14. Виды шпонок, геометрические размеры и конструкция. Напряжения, возникающие в шпонках. 15. Конструкция и классификация зубчатых соединений, геометрические параметры. 16. Расчет зубчатых соединений: упрощенный по обобщенному критерию и по ГОСТ 21425-75. 17. Как образуется прессовое соединение и за счет каких сил оно передает нагрузку? 18. Расчет прочности прессового соединения при действии осевой силы или крутящего момента. 6.3.

ПЕРЕДАЧИ

1. Типы механических передач, их назначение и характеристики. 2. Основные геометрические параметры зубчатых передач. Как они между собой связаны? 3. Как распределяется удельная нагрузка по длине зубьев в прямозубых и косозубых передачах? 4. Коэффициент торцового перекрытия зубьев. Причины плавности и бесшумности работы косозубых передач. 5. Понятие о степенях точности зубчатых передач и их влияние на качественные характеристики передач. 6. Понятие о контактных напряжениях. Какие виды разрушений зубьев связаны с этими напряжениями? 7. Понятие о коэффициентах нагрузки зубчатых передач. Основные факторы, влияющие на коэффициент концентрации нагрузки и динамической нагрузки.

23

8. Силы в зацеплении цилиндрической прямозубой и косозубой (шевронной) передач. 9. Расчет прочности зубьев цилиндрической прямозубой передачи по контактным напряжениям. 10. Как влияют модуль, число зубьев и ширина колеса на контактные напряжения и почему ограничивают ширину колеса? 11. Расчет прямозубой цилиндрической передачи по напряжениям изгиба. 12. Особенности расчета косозубых передач по контактным напряжениям. Чем объясняется повышение их нагрузочной способности по сравнению с прямозубыми? 13. Особенности расчета косозубых передач по напряжениям изгиба. Как учитывается многопарность зацепления и наклона линии контакта к основанию зуба? 14. Конические передачи, их оценка по сравнению с цилиндрическими. Основные геометрические параметры конической передачи. 15. Силы в зацеплении прямозубой конической передачи. 16. Особенности расчета конической передачи по контактным напряжениям и изгиба. 17. По каким критериям распределяют передаточное отношение по ступеням многоступенчатой передачи? 18. Какие материалы и виды термической обработки применяют при изготовлении зубчатых колес для повышения прочности и долговечности? 19. Определение допускаемых контактных напряжений и изгиба. Какие характеристики влияют на их величину? 20. Геометрические параметры червячной передачи. 21. Кинематические параметры и КПД червячной передачи. 22. Силы в зацеплении червячной передач. 23. В каких случаях и почему целесообразно применять червячную передачу? 24. Чем отличаются расчетные зависимости червячной передачи для контактных напряжений и изгиба по сравнению с зубчатой? 25. Какие материалы применяют для червяка и червячного колеса? Как учитывается скольжение в червячной передаче при выборе материала? 25. Принцип действия и классификация фрикционных передач. 26. Основные типы фрикционных передач и вариаторов. 27. Принцип действия ременных передач, типы ремней. Достоинства и недостатки. 28. Геометрические параметры ременных передач. 29. Силы в передаче и напряжения в ремне при работе передачи. 30. Цепные передачи. Конструкция цепей, основные геометрические параметры.

24 6.4.

ВАЛЫ И ОСИ

1. Почему расчет вала разделяют на два этапа: проектный и проверочный? 2. Как выполняют проектный расчет вала и почему при этом уменьшают допускаемые напряжения? 3. Как схематизируют реальную работу вала, его конструкцию, опоры и нагрузки при разработке расчетной схемы? 4. Какие факторы учитывают при определении запаса сопротивления усталости вала и по каким напряжениям его рассчитывают? 5. Зачем нужна проверка жесткости вала и какие параметры при этом определяют? 6. Что может быть причиной колебаний валов? Что является собственной и вынужденной частотой колебаний вала и какого соотношения этих частот следует избегать? 6.5.

ПОДШИПНИКИ

1. Как классифицируют подшипники по виду трения и воспринимаемой нагрузке? 2. Что такое жидкостное и полужидкостное трение в подшипниках скольжения? 3. Какие основные условия необходимы для образования жидкостного трения? 4. Какие материалы применяют для подшипников скольжения? 5. Почему подшипники качения получили преимущественное распространение? 6. Основные типы подшипников качения. 7. Как распределяется радиальная нагрузка по телам качения подшипника? 8. Подбор подшипников по динамической грузоподъемности. 9. Подбор подшипников по статической грузоподъемности. 10. Где больше контактные напряжения: у наружного или внутреннего кольца радиального подшипника и почему выгоднее вращение внутреннего кольца? 6.6.

МУФТЫ

1. Для чего используют муфты? 2. На какие группы и по каким признакам классифицируют муфты? 3 Достоинства и недостатки глухих муфт, примеры конструкций. 4. Виды несоосности валов. Какие муфты компенсируют их вредное влияние? 5. Какие функции выполняют упругие муфты? 8. Какие упругие муфты наиболее распространены? 9. Какие функции выполняют сцепные муфты? Их разновидности.

25

СОДЕРЖАНИЕ 1.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ........................................................................................ 4

2.

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................................ 10

3.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ .......................... 10

4.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ..................................................................... 12

5.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ............................................................................... 15

6.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ................................................................................. 21