Методические указания
По проведению внеаудиторной самостоятельной работы № 13
Вид работы:Выполнение индивидуальных заданий расчёта деталей
По дисциплине: ОП.04 Техническая механика
Для специальности: 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
Внеаудиторная самостоятельная работа № 13
Задание: Выполнение индивидуальных заданий расчёта деталей
Цель: Научиться производить расчет вала или оси по заданным нагрузкам
Входной контроль
1. Классификация валов по геометрической форме.
Видео:Допуски и посадки для чайников и начинающих специалистовСкачать
2. Какая деталь называется валом?
Теоретический материал
Вал – деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валыподдерживают крутящиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса,шкивы, звездочки и др.).
Некоторые валы (например, гибкие, карданные, торсионные) не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.
Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины,называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем.
Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней(вал-шестерня) или с червяком (вал-червяк).
По форме геометрической оси валы (рис. 1) бывают прямые, коленчатые и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямыевалы имеют форму тел вращения. Прямые валы бывают гладкие и ступенчатые. Наиболее широко распространены ступенчатые валы. Для уменьшения массы или для размещения внутри других деталей валы иногда делают с каналом по оси; в отличие от сплошных такие валы называют полыми.
Вал 1 (рис.2) имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют шипами 3, а промежуточные — шейками 4.
Рис.2. Прямой вал: 1 — вал; 2 — опоры вала; 3 — цапфы; 4 — шейка
Осьюназывают деталь, предназначенную только для поддержания установленных на ней деталей.
В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).
Видео:Основы Сопромата. Виды деформацийСкачать
Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент. Оси бывают вращающимися (рис.3, а) и неподвижными (рис. 3, б).
Читайте также: Шкив зубчатый коленчатого вала 2108
Вращающаяся ось устанавливается в подшипниках. Примером вращающихся осей могут служить оси железнодорожного подвижного состава, примером неподвижных – оси передних колес автомобиля.
Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси –только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).
Валы предназначены для передачи вращающего момента и поддержания расположенных на них деталей; оси, поддерживая расположенные на них детали, вращающего момента не передают.
Не следует путать понятия «ось колеса», это деталь и «ось вращения», это геометрическая линия центров вращения.
Рис.3. Конструкции осей: а — вращающаяся ось; б — неподвижная ось
Исходя из расчета на прочность и для удобства установки деталей валы выполняют ступенчатыми. Переходные участки вала выполняют цилиндрическими или коническими с галтелями разной формы и фасками (рис. 4).
Рис.4 переходные участки вала: 1- фаскв; 2- галтель; r – радиус галтели
Для валов и осей применяют качественные углеродистые и легированные стали. Для валов и осей неответственных передач применяют стали обыкновенного качества (без термообработки).
Валы и оси обрабатывают на токарных станках, посадочные поверхности могут шлифоваться.
Видео:Детали машин. Лекция 4.1. Валы и оси.Скачать
Критерии работоспособности и виды разрушений валов и осей
Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения (рис.4) и чаще всего выходят из строя в результате усталостных разрушений. Основными расчетными нагрузками являются крутящий момент (для валов) и изгибающий момент. Основными критериями работоспособности являются прочность и жесткость.
Рис. 5 , Циклы напряжений в сечении валов: а — симметричный; б — отнулевой; Т — продолжительность одного цикла (период)
Полученное значение диаметра вала округляют до ближайшего большего размера из ряда чисел R40 по ГОСТ «Нормальные линейные размеры»
(Нормальные линейные размеры (выборка): 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56).
Форму и размеры вала уточняют при эскизной проработке вала после определения размеров колес, муфт и подшипников, по которым определяют длину шеек и цапф вала.
Проверочный расчет спроектированного вала проводят по сопротивлению усталости и на жесткость.
Предварительно определяют все конструктивные элементы вала, обработку и качество поверхности отдельных участков. Составляется расчетная схема вала и наносятся действующие нагрузки.
Читайте также: Длина карданного вала ваз классика
2. Проверочный уточненный расчет на сопротивление усталости заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях, выявленных по эпюрам моментов с учетом концентрации напряжений.
Принимают, что напряжение изгиба меняется по симметричному циклу (см. рис. 5, а), а напряжение кручения — по отнулевому (см. рис. 5, б).
Амплитуда цикла изменения напряжений изгиба вала
Видео:Что такое Прочность, Пластичность, Твердость материала. Простое объяснениеСкачать
где W0C, Wp — момент сопротивления изгибу и кручению сечений вала соответственно.
по нормальным напряжениям
где Кσ, Кτ — коэффициенты снижения предела выносливости за счет местных концентраторов — галтелей, выточек, поперечных отверстий, шпоночных пазов (эффективный коэффициент концентрации напряжений); Kd — коэффициент влияния абсолютных размеров; KF — коэффициент влияния обработки поверхности; Kv — коэффициент упрочнения поверхности; значения перечисленных коэффициентов приведены в специальной литературе.
Расчетный коэффициент запаса выносливости в сечении при совместном действии изгиба и кручения
Минимально допустимое значение коэффициента запаса прочности 1,6. 2,5.
Расчет осей ведут только на изгиб: при расчете неподвижных осей принимают изменения напряжений по отнулевому циклу, при расчете подвижных — по симметричному.
3. Упрощенный проверочный расчет на усталость проводят в предположении, что нормальные напряжения (изгиба) и касательные напряжения (кручения) меняются по симметричному циклу. Одновременное действие крутящего и изгибающего моментов рассчитывается по гипотезе наибольших касательных напряжений
где σ ЭКВ — эквивалентные напряжения в сечении; М ЭКВ — эквивалентный момент в сечении; d — диаметр вала в сечении; [σ-1и] — допускаемое напряжение изгиба при симметричном цикле изменения напряжений.
В большинстве случаев ограничиваются упрощенным проверочным расчетом.
В специальных случаях используют коленчатые (непрямые) валы и валы с изменяемой формой геометрической оси (гибкие). Используют сплошные и полые (с осевым отверстием) валы
1. Ответить на вопросы входного контроля
2. Изучить теоретические основы темы.
Видео:Урок 208. Деформация твердых тел. Классификация видов деформацииСкачать
3. Выполнить схему вала, отметить конструктивные особенности, сделать описание. Перечислить по и названию назначение элементов конструкции валов и осей: цапф, шеек, галтелей, фасок.
4. Задача 1: Определить диаметр вала, если известно :
Максимально крутящий момент Мк = 1300 Нм;
допускаемое напряжение материала [τ] = 50Мпа
(1- 48 мм; 2- 51мм; 3- 5,1 мм; 4- 72 мм)
5. Задача 2: Образец вала диаметра d = 40 мм разрушился при крутящем моменте Мк = 230 Нм,
Читайте также: Валы карданные маз с торцевыми шлицами
Определить разрушающие напряжение [τ] =?
(1- 6,75 МПа; 2- 18 МПа; 3- 21,25МПа; 4- 32,75 МПа)
| Среди изображенных деталей определить вал | 1.а | |
| 2. б | ||
| 3. в | ||
| 4. г | ||
| . Как называется элемент деталей 1 (см. рисунок к заданию 1)? | 1. Буртик | |
| 2. Шейка | ||
| 3. Шпоночный паз | ||
| 4. Галтель | ||
| Для чего используют в технике изображенный на схеме вал? | 1. Для передачи вращающего момента вдоль своей оси | |
| 2. Для поддержания вращающихся деталей | ||
| 3.Для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное | ||
| 4. Для передачи момента между точками, меняющими положение при работе | ||
Для чего используют выделенный цветом элемент конструкции вала?  | 1. Для осевой фиксации колес | |
| 2. Для центрирования колеса на валу | ||
| 3. Для удобства сборки | ||
| 4. Для передачи вращающего момента от вала на колесо или наоборот | ||
| 5. | Определить диаметр вала для передачи 5,5 кВт при частоте вращения вала 750 мин -1 , если материал вала — сталь; допускаемое напряжение кручения 16 МПа | 1. 25 мм |
| 2. 28 мм | ||
| 3. 36 мм | ||
| 4. 42 мм | ||
| Указать основной критерий работоспособности валов | 1. Статическая прочность при изгибе | |
| 2. Сопротивление усталости | ||
| 3. Статическая прочность при совместном действии Ми и Мк | ||
| 4. Устойчивость | ||
| Для чего используют выделенный элемент детали1 ? | 1. Для снижения концентрации напряжений | |
| 2. Для облегчения установки детали на вал | ||
| 3.Для фиксации детали на валу в осевом направлении | ||
| 4.Для передачи вращающего момента с вала на колесо |
7. Ответить на вопросы выходного контроля
Выходной контроль
- Какие материалы применяют для изготовления валов ?
- В чем состоит отличие вала от оси ?
- Какая часть вала носит название галтель?
Список литературы
1. Мовнин, М.С. Основы технической механики [Текст]: учебник / М.С. Мовнин; под ред.П.И.Бегуна – 4-е изд. перераб. и доп. – СПб: Политехника, 2007. — 286 с.
2. Олофинская, В.П. Техническая механика: Курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий [Текст]: учебное пособие / В.П. Олофинская.-3-е изд. – М.: Форум: Инфра-М, 2010.- 349 с.
Видео:Деформация сдвигаСкачать
3.Вереина, Л.И. Техническая механика [Текст]: учебник / Л.И.Вереина, М.М.Краснов.- 3-е изд.- М.: Академия, 2011.- 288 с.
4. Аркуша, А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов [Текст]: учебник / А.И. Аркуша — М.; Высшая школа, 2008. – 352 с.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎥 Видео
Деформация кручения Деформация изгибаСкачать
Лекция «Валы и оси. Их опоры»Скачать
Термообработка металла. Основные виды термической обработки сталейСкачать
Типы деформацийСкачать
Введение в СопроматСкачать
Пластическая деформация металловСкачать
Деформация растяжения и сжатияСкачать
Какая машина должна пересечь перекресток первой?Скачать
Куда разрешается продолжить движение водителю красного автомобиля?Скачать
Необычные машины, о которых вы не знали. Машина для выкапывания деревьев, чистки рыбы и другиеСкачать
Лекция «Соединения деталей машин»Скачать
12 нарушений ПДД, за которые ЭВАКУИРУЮТ ТВОЙ АВТОМОБИЛЬ?Скачать
Сопротивление материалов. Занятие 15. Расчет стержня на косой изгиб.Скачать
Прочность и жесткость валов. Часть 6: Эпюры моментов выходного вала (цилиндрическая передача).Скачать
