Курсовая

Курсовая на тему Элементы основной конструкции подшипника

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-07-02

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 9.11.2024


1. ЭЛЕМЕНТЫ ОСНОВНОЙ КОНСТРУКЦИИ

1.1 Детали, их материалы и характеристика

Согласно заданию размеры деталей, составляющих подшипник (рисунок 1): втулка 1 – d = 60 мм; l′ = 1,3d = 78 мм; хомут 2 – a = 2d =120 мм; h′== 2,2d = 132 мм; s = 0,16d = 9,4 мм; l2′ = h′ + 0,5d + s′ ≈ 171,4 мм; ребро 3 – b′ = 1,3d = 78 мм; s ′ = 9,4 мм; l3′ = h′ – 9,5d = 102 мм.

По ГОСТ 6636-69 принимаем l = b = 80 мм, h = 130 мм, l2 = 170 мм, s == 10 мм, l3 = 100 мм.

Основание 4 – c′ == 0,25d = 15 мм; с = 16 мм;

e = 110 мм; f = 140 мм.

Расстояние lP от оси z до точки приложения силы F lP = 0,25d = 15 мм (величина расчетная).

В целях унификации материалов сварной конструкции для всех деталей (кроме крепежных), выбираем сталь Ст3 ГОСТ 380-94, обладающую хорошей свариваемостью. Заготовки:

втулка [1, c. 130] – КРУГ

60 – В ГОСТ 2590-88

Ст 3 ГОСТ 535-88;

где В – обычной точности;

хомут и ребро [1, c. 134] – ПОЛОСА

Б10 х 200 ГОСТ 82-70

Ст 3 ГОСТ 14637-89;

где Б – обычной точности;

основание [1, c. 134] – ПОЛОСА

Б18 х 200 ГОСТ 82-70

Ст 3 ГОСТ 14637-89;

при с = 16 мм 2 мм – припуск на обработку.

Механические свойства Ст3 в состоянии проката [1, c. 83] σВ = 400…490 МПа, σТ = 240 МПа. Допускаемое напряжение на растяжение при статической нагрузке [σP] = 160 МПа.

1.2 Проверка прочности основной конструкции

Расчет проводится в предположении монолитности (отсутствия соединения) конструкции. В данном примере на прочность следует проверить наиболее опасное сечение: основание 4 – хомут 2 – ребро 3 (рисунок 2).




Начальные оси координат x, y. z выбирают произвольно. В соответствии с рисунком 2, а координаты центра масс расчетного сечения: y0 = 0 (ось х – ось симметрии);

x0 = SxiAi / (SAi), (1)

где xi, Ai – соответственно абсциссы и площади прямоугольников 1, 2 (i = 1, 2):

x0 = [5(120∙10) + 50(80∙10)] / (120∙10 + 80∙10) = 23 мм.

Проекции силы F на оси z и x:

Fr = Fcosα = 25cos300 = 21,65 кН; Fa = Fsinα = 25sin300 = 12,5 кН.

В расчетном сечении (рисунок 2, б) действуют: отрывающая сила Fr =

= 21,65 кН; срезающая сила Fa = 12,5 кН; изгибающий момент М = FahFr(x0 –– lP) = 12,5∙130 – 21,65(23 – 15) = 1471,3 Н∙м.

Осевой момент инерции расчетного сечения относительно оси y0 (рисунок 2, а)

Iy0 = S(Iyi + ai2Ai) (i = 1, 2), (2)

где Iyi = bihi3 / 12 – собственные моменты инерции элементарных прямоугольников (относительно их центров масс С); ai – расстояние от центров масс прямоугольников до оси y0:

Iy0 = 120∙103 / 12 + 182∙120∙10 + 10∙803 / 12 + 272∙80∙10 = 140,9∙104 мм4.

Момент сопротивления сечения изгибу

Wy = Iy0 / xmax = 140,9∙104 / 67 = 2,1∙104 мм3, (3)

где xmax = 67 мм – расстояние от центра масс О до наиболее удаленной точки А сечения.

Напряжения в точке А:

изгибающие σИ = 103М / Wy = 103∙1471,3 / 21∙10 = 70 МПа;

растяжения σР = 103 Fr / А = 103∙21,65 / 2000 = 10,8 МПа,

где А = 120∙10 + 80∙10 = 2000 мм – площадь расчетного сечения;

среза τ = 103 Fa / А = 103∙12,5 / 2000 = 6,25 МПа.

Эпюра напряжений в точке А показана на рисунке 2, в.

Эквивалентное напряжение σЕ в точке А по 4-й теории прочности

σЕ = (σS2 + 3τ2)1/2 £ [σP],

где σS = σИ + σР = 70 + 10,8 = 80,8 МПа; σЕ = (80,82 + 3∙6,252)1/2 = 81,5 МПа < [σP] = 160 МПа. Условие прочности основной конструкции выполняется.

2. СВАРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

2.1 Конструкция соединения

Детали подшипника свариваются ручной электродуговой сваркой по ГОСТ 5264-80 электродами Э42А ГОСТ 9467-75.

Все детали соединены [2, c. 34] двусторонними тавровыми швами без подготовки кромок (соединение Т3).

Принимаем катет шва k = 0,8s = 8 мм. Обозначение швов на чертежах по ГОСТ 2.312-72 (ЕСКД) согласно их нумерации на рисунке 1 [2, c. 21]:

швы №1 и №3 ГОСТ 5264-80 Т3 – 8 –;

шов №2 ГОСТ 5264-80 Т3 – ∟8

Сварные швы угловые, рассчитываются на срез по биссекторной плоскости прямого угла. Шов №3 (хомут 2 – ребро 3) связующий, не рассчитывается.

2.2 Расчет соединения

2.2.1 Допускаемое напряжение на срез ручной сваркой электродами Э42А [2, c. 12] при статической нагрузке [τ′] = 0,65[σP] = 0,65∙160 = 104 МПа.

2.2.2 Расчет швов №1

Фигура швов и их размеры представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Фигура и напряжения шва №1

Координаты центра масс С0 фигуры шва (рисунок 3, а): y0 = 0 (х – ось симметрии); х0 по формуле (1), где i = 1, 2, 3: x0 = (– 4∙8∙120 + 2∙14∙8∙47 +2∙50∙8 х 80) / (8∙120 + 2∙8∙47 + 2∙8∙80) = 23,63 мм. Принимаем x0 = 24 мм.

Нагрузка на сварные швы: силы Fr = 21,65 кН, Fa = 12,5 кН; изгибающий момент M = FahFr(x0 – lP) = 12,5∙130 – 21,65(24 – 15) = 1450 Н∙м.

Параметры (рисунок 3), входящие в формулу (2) осевого момента инерции Iy0, где i = 1, 2, 3, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

i

bi, мм

hi, мм

Iyi, мм4

ai, мм

ai2, мм2

Ai, мм2

ai2Ai, мм4

Iy0i, мм4

1

120

8

5120

28

784

960

75,26∙104

75,8∙104

2

47

8

2005

10

100

376

3,76∙104

4∙104

3

8

80

64000

26

676

640

43,26∙104

49,7∙104

По формуле (2): Iy0 = (75,8 + 2∙4 + 2∙49,7)104 = 183∙104 мм4.

Площадь фигуры шва А = 960 + 2∙376 + 2∙640 = 2992 мм2.

Момент сопротивления изгибу фигуры шва без подготовки кромок в биссекторной плоскости Wy′ = 0,7Iy0 / xmax = 0,7∙183∙104 / 66 = 1,94∙104 мм3, где xmax = (b + + sx0) = 80 + 10 – 24) = 66 мм; площадь А′ = 0,7∙2992 = 2094 мм2.

Напряжение в наиболее опасной точке А (рисунок 3, б) сварного шва:

τМ = 103М / Wy′ = 103∙1450 / (1,94∙104) = 74,7 МПа; τFr = 103.21,65 / 2094 = 10,3 МПа; τFa = 103∙12,5 / 2094 = 6 МПа.

Суммарное напряжение в точке А τS = [(τМ + τFr)2 + τFa2]1/2 = [(74,7 + 10,3)2 + 62]1/2 = 85,2 < [τ′] = 104 МПа.

Условие прочности шва №1 при k = 8 мм выполняется.

2.2.3 Расчет шва №2

Шов №2 (рисунок 1) втулки 1 и хомута 2 кольцевой, тавровый, двусторонний с катетом k = 8 мм. Расчетная схема шва представлена на рисунке 4

Нагрузка на шов №2 в точке В: отрывающая сила Fa = 12,5 МПа; поперечная сила Fr = 21,65 МПа; изгибающий момент относительно центра масс С двух швов М = Fr(lP – 0,5s) = 21,65(15 – 5) = 216,5 Н∙м.

При отношении (d + 2k)/10 = 7,6 < k = = 8 мм [1, c. 63] шов считают толстостенным кольцом. Площадь кольца А = π[(d + + 2k)2 – d2] / 4 = πk(k + d) = π∙8(8 + 60) = 1709 мм2. Площади двух колец в биссекторных плоскостях шва А′ = 0,7∙2∙1709 = 2393 мм2. Момент сопротивления толстого кольца изгибу [1, c. 35] Wy = π(d + 2k)3(1 – c4) / 32, где d + 2k = 60 + 2∙8 = 76 мм, с = d / (d + 2k) = 60 / 76 = 0,79; Wy = π∙763(1 – 0,794) / 32 = 2,63∙104 мм3. Момент сопротивления двух колец в биссекторной плоскости шва Wy ′ = 0,7∙2∙2,63∙104 = 3,7∙104 мм3.

Рисунок 5. Расчетная схема шпилечного соединения

Согласно [3, c. 28] (рисунок 5, а) при S = 24 мм размеры расположения осей шпилек Е = К = 16 мм; А = 48 мм. Принято Е1 = К = 16 мм; А = 50 мм; Е2 = 41 мм.

2.3 Нагрузка на соединение

Координаты центра масс О стыка на пересечении диагоналей прямоугольника основания х0 = 55 мм, y0 = 0.

Нагрузка на соединение (рисунок 5, б):

отрывающая сила Fr = 21,65 кН; сдвигающая сила Fa = 12,5 кН; изгибающий момент M = Fa(h + c) – Fa(x0 – lP – 10) = 12,5∙146 – 21,65∙30 = 1175,5 Н∙м. Наиболее нагруженные шпильки 1 и 3 – силы FМ и FFr складываются.

Усилия в зоне наиболее нагруженной шпильки 1 от силы Fr: FFr = Fr / z = 21,65 / 4 = 5,41 кН; от силы Fa: FFa = Fa / z = 12,5 / 4 = 3,13 кН.

Формула (3.9) [3, c. 9] при несимметричном расположении шпилек относительно центра масс стыка О (рисунок 5) преобразуется в FМ1 = 103Мl1 / 2(l12 + l22), где l1 = 0,5е – К = 0,5∙110 – 16 = 39 мм, l2 = А – l1 = 50 – 39 = 11 мм – соответственно расстояния от осей шпилек 1 и 2 до центра О; FМ2 = FМ1 l2 / l1;

FМ1 = 103∙1175,5∙39 / 2(392 + 112) = 13960Н; FМ2 = 13960∙11 / 39 = 3940 Н.

Суммарная осевая сила в зоне шпильки 1: F = FFr + FМ1 = 5410 + 13960 = 19370 Н.

2.4 Усилия предварительной затяжки

2.4.1 По условию отсутствия сдвига в стыке после преобразования формулы (3.6) [3. c. 8] при несимметричном расположении шпилек (FМ1 ≠ FМ2):

Fзат1 = kFd / (if) + (1 – χ)(FFr + FМ1 – FМ2),

где k = 1,5 – коэффициент запаса сцепления на сдвиг; Fd = FFa; i = 1 – число плоскостей стыка; f = 0,15 – коэффициент трения (сталь по стали); χ = 0,25 – коэффициент внешней нагрузки (стык жесткий); FFr и FМ1 – отрывающие силы (знак плюс); FМ2 – сжимающая стык сила (знак минус);

Fзат1 = 1,5∙3130 / (1∙0,15) + (1 – 0,25)(5410 + 13960 – 3940) = 42872 Н.

2.4.1 По условию нераскрытия стыка [3, c. 10]

Fзат2 = k(1 – χ)(± Fz + 103АстМ / Wстy) / z,

где k = 1,5 – коэффициент запаса по нераскрытию стыка; χ = 0,25; Fz = Fr; Аст = ef = 110∙140 = 15400 мм2 – площадь стыка; Wстy = fe2 / 6 = 140∙1102 / 6 = 28,2∙104 мм3 – момент сопротивления стыка изгибу относительно оси y;

Fзат2 = 1,5(1 – 0,25)[21650 + 103∙15,4∙103∙1175,5 / (28,2∙104)] / 4 = 24144 Н.

Учитывая, что Fзат1 > Fзат2 в 1,78 раза, для восприятия силы Fa установим упор (рисунок 5) высотой hу = 0,5с = 8 мм и длиной f = 140 мм.

2.4.3 Расчетная осевая сила на шпильке 1 [3. c. 11]

Fш = 1,3 Fзат2 + χF = 1,3∙24144 + 0,25∙19370 = 36230 Н.

2.5 Прочность шпильки

По формуле (4.6) [3, c. 11] напряжения растяжения шпильки М16 при внутреннем диаметре резьбы [3, c. 31] d1 = 13,835 мм

σР = 4 Fш / (πd12) = 4∙36230 / (π∙13,8352) = 241 МПа.

Коэффициент безопасности [s] при неконтролируемой затяжке [3, c. 11]

[s] = 2200∙1 / [900 – (70000 – 36230)2∙10–7] = 2,8. Требуемый предел текучести материала шпильки σТ′ = σР[s] = 241∙2,8 = 674,8 МПа.

Примечание 1. Условимся, что класс прочности выше, чем 8.8, в контрольной работе брать не следует, так как в этом случае требуется применение дорогой легированной стали

Из условия σТ > σТ′ принимаем класс прочности шпильки 8.8, для которого σТ = 640 МПа. Превышение σТ′: Dσ = 100(σТ′ – σТ) / σТ = 100(674,8 – 640) / 640) = 5,44%, что больше допустимого [5%].

Принимаем резьбу шпилек М20; d1 = 17,234 мм [3, c. 31]. Согласно [3, c. 28] уточняем размеры Е′ = К′ = 20 мм, А′ = 58 мм, М′ = 30 мм Принимаем К = 20 мм, А = 60 мм, Е1 = 22 мм, е = 28 + 22 + 60 + 20 = 130 мм. Основание e х f = 130 х 140 мм; х0 = 65 мм, y0 = 0.

Пересчет параметров:

М = 12,5∙146 – 21,65(65 – 10 – 15) = 959 Н∙м; l1 = 0,5е – К = 0,5∙130 – 20 = 45 мм, l2 = А – l1 = 60 – 45 = 15 мм; FМ1 = 103∙959∙45 / 2∙452 + 152) = 9590 Н; FМ2 = 9590∙15 / 45 = 3197 Н; F = FFr + FМ1 = 5410 + 9590 = 15100 Н;

Fзат1 = 1,5∙3130 / (1∙0,15) + (1 – 0,25)(5410 + 9590 – 3197) = 40152 Н;

Аст = ef = 130∙140 = 18200 мм2; Wстy = fe2 / 6 = 140∙1302 / 6 = 39,43∙104 мм3;

Fзат2 = 1,5(1 – 0,25)[21650 + 103∙18,2∙103∙959 / (39,43∙104)] / 4 = 18540 Н;

Fзат1 / Fзат2 = 40152 / 18540 = 2,17 раза;

Fш = 1,3 Fзат2 + χF = 1,3∙18540 + 0,25∙15100 = 27877 Н.

σР = 4Fш / (πd12) = 4∙27877 / (π∙17,2942) = 118,7 МПа; [s] = 2200∙1/ [900 – (70000 – – 27877)2∙10–7] = 3; σТ′ = σР[s] = 118,7∙3 = 356 МПа. Принимаем класс прочности шпильки 6.6, для которого σТ = 3 60 МПа; σТ ≈ σТ′.

Вывод. При увеличении длины е основания на 20 мм условию прочности удовлетворяет резьба шпильки М20 класса прочности 6.6.

2.6 Возможность затяжки соединения

При сборке соединения рабочим осевое усилие затяжки Fзат = 70Fраб, отсюда требуемое усилие рабочего Fраб′ = Fзат / 70 = 18540 / 70 = 265 Н £ [Fраб] = (200…

300) Н. Затяжка гаек возможна нормальным гаечным ключом одним рабочим.

2.7 Проверка деталей стыка на смятие

По формуле (4.8) [3, c. 12] максимальное напряжение в стыке основания

σmax = zFзат2 / Aст + (1 – χ) [– Fz / Aст + 103М / Wстy] = 4∙18540 / 18200 + (1 – 0,25) x

x [– 21650 / 18200 + 103∙959 / (39,43∙104)] = 5 < [σсм] = 192 МПА, где для стали Ст3 [3, c. 12] [σсм] = 0,8σТ = 0,8∙240 = 192 МПА.

Прочность стыка обеспечивается.

2.8 Проверка упора на смятие

Напряжения смятия в упоре из стали Ст3 σсм = Fa / Ауп = 12500 / 1120 = 11,16 < [σсм] = 192 МПА, где Ауп = hyf = 8∙140 = 1120 мм2 – площадь контакта упора. Условие прочности выполняется.

2.9 Комплект крепежных изделий

В комплект (рисунок 6) входят:

1. ШАЙБА 20 65Г 029 ГОСТ 6402-70.

2. ГАЙКА М20–6Н.6. 029 ГОСТ 5915-70.

3. Длина шпильки l′ = l3 + H + s + c = 5 +16 + 5 +

+ 16 = 42 мм, где l3′ = (0,2…0,3)d = 4…6 мм [3, c. 4]; принимаем l3 = 5 мм. По ГОСТ 22034-76 [3, c. 24] ближайшая длина l = 40 мм (при этом допускаем

l3 = 3 мм > Р, где Р = 2,5 мм – шаг резьбы М20).

Сбег резьбы [3, c. 4] χ = (2…2,5)Р = 5…6,25 мм, недорез а = 6Р = 15 мм. Длина завинчивания l1 =

= 1,25d = 25 мм.

Таким образом будем иметь:

ШПИЛЬКА М20–6g х 40.66.029 ГОСТ 22034-76.













Рисунок 6. К определению длины шпильки


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т., т.1. 8-е изд. / В.И. Анурьев.- М.: Машиностроение, 2001.

2. Расчет сварных соединений: метод. указания по курсу "Детали машин и основы конструирования" для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения / НГТУ; сост.: А.А. Ульянов, С.Н. Бабушкин и др.– Н. Новгород, 2004.

3. Расчет болтовых соединений: метод. указания по курсу "Детали машин и основы конструирования" для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения / НГТУ; сост.: А.А. Ульянов, Л.Т. Крюков и др.– Н. Новгород, 2004.

4. Правила оформления пояснительных записок и чертежей: метод. указания по дисциплине "Детали машин" для студентов всех спец и форм обучения.– 2-е изд./ НГТУ; сост.: А.А. Ульянов, Н.В. Дворянинов и др. Н. Новгород, 2003.


1. Курсовая Законодательный процесс в Российской Федерации 2
2. Реферат Навигационный акт
3. Реферат на тему Silas Marner Essay Research Paper The novel
4. Реферат Битлз и их роль в развитии молодежной музыкальной культуры
5. Реферат Шабран
6. Реферат Предварительные тезисы к реформе философии
7. Реферат на тему Speech Perception Essay Research Paper Speech PerceptionSpeech
8. Реферат на тему Hitler And Stalin Essay Research Paper Throughout
9. Реферат Закупочная логистика на предприятии
10. Контрольная работа по Отечественной истории 7