Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы)

  1. определяем нагрузку на наиболее нагруженый болт (сначала – открывание, потом - сдвиг).
  2. производим расчет болта от действия внешней силы, открывающих детали.
  3. производим проверку достаточности Fз, назначенную ранее при условном воздействии внешних сил, сдвигающих детали.

3.Соединения вал-ступица

Шпоночные соединения

3.1.1Ненапряженные шпоночные соединения

Передают крутящий момент от вала к ступице.

Виды: напряженные и ненапряженные.

Ненапряженные соединения(призматическими шпонками).

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Напряжение смятия боковой поверхности шпонки.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru (320 МПа из справочника, но напряжение берут пониженным, т. к. на эпюре Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru распределена в действительности неравномерно по высоте и длинне шпонки).

Недостатки призматических шпонок:

- шпонка требует ручной пригонки

- повышенные требования, предъявляемые к симметричности паза (точность).

Достоинства призматических шпонок:

- простота

- дешевизна

Иногда делают 2-3 шпонки в соединении ( Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru по отношению пазов друг к другу) или переход к шлицевому соединению. Причем пазы надо изготовить в одной плоскости.

Кроме призматических используют сегментные шпонки:

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Рассчитываются по той же формуле, что и призматические.

Достоинства:

- чрезмерная глубина паза ослабляет усталостную прочность вала

Недостатки:

- быстрота извлечения шпонки из паза.

Есть еще круглые и шестигранные шпонки;

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Достоинства:

- легко изготавливать

- хорошее распределение нагрузки.

Недостатки:

- не выдерживает больших нагрузок

- сложность изготовления.

а) Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

б) Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

3.1.2 Напряженные шпоночные соединения (клиновые шпонки):

Недостатки: - не обеспечивают хорошее центрирование ступицы относительно вала (например, в зубчатых колесах их не используют)

Достоинства:

- хорошо работает в ременных передачах (соединение вала со шкивом)

Шпонки (уклон 1:100)

с головкой без головок

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Шпонка на лыске (фрикционная)

Достоинства:

- передают большой Т (чем у просто фрикционных шпонок)

Расчет напряжения шпоночного соединения (клиновых шпонок)

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Точка приложения силы нормального давления находится в центре тяжести

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru - сила нормального давления (вызывает Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru ).

Возьмем сумму моментов всех сил относительно центра вращения вала.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru , Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Шлицевые соединения

Достоинства: - передают большие крутящие моменты

- менее ослабляют вал (за счет концентрации напряжения)

- могут использоваться в стесненных габаритах (малая ступица)

Недостатки:

- дороговизна изготовления (дорогой инструмент для нарезания: протяжка для нарезания внутренних шлиц на ступице)

Классификация:

1) треугольные (с мышинным зубом)

2) прямобчныеие

3) эвольвентные

Треугольные:

Достоинтсва:

- работа в стесненных габаритах

Недостатки:

- малая нагрузочная способность

- нетехнологичность

Поэтому они мало используются

Широкое распространение получили соединение прямобоким шлицом

Достоинства:

- дешевые, технологичные.

Эвольвентные шлицевые соединения

Достоинства:

- легко нарезать с помощью стандартных инструментов на валу (технологичность)

- хорошая нагрузочная способность

Недостатки:

- на ступице эти шлицы нарезают дорогим инструментом (специальными протяжками)

Основные геометрические параметры рассчитываются как и для зубчатых передач.

Прямобочное шлицевое соединение.

Виды центрирования:

а) по наружному диаметру (самые распространенные):

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

D- наружный диаметр. При достижении точности D наружная поверхность вала обрабатывается термически и шлифуют. На ступице внутреннюю поверхность на диаметре D нельзя шлифовать (ступицу не термообрабатывают).

Обозначение на чертеже:

D – 8 – 42 Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru .

б) по боковой поверхности:

b – 8 – 42 Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Используется реже, чем (а). Позволяет получить большую нагрузку способом шлицевых соединений, но совершенно не обеспечивает точности центрирования. Так как боковые поверхности хорошо прилегают и меньшей распределении нагрузки на эти поверхности.

в) по внутреннему диаметру (обеспечивает точное центрирование позволено термическая обработка и вал и ступицу, точность размера d осуществляется шлифованием)

d – l – 42 Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет шлицев на смятие

Напряжение смятия боковой поверхности шлица:

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru - коэффициент неравномерности распределения нагрузки

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru определяется в зависимости от посадки шлицевого соединения, а также видов термообработки. (по справочникам).

Сварные, заклепочные соединения относятся к числу неразъемных

4.Заклёпочные соединения:

Достоинства: возможность работы при колебаниях и вибрациях, технологичны

Недостатки: металлоёмкость значительна

 
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

ослабленная прочность из – за отверстий

Расчёт по напряжению среза

τср = 4F/πd2 ≤ ( τ )ср

d≥√4F/π( τ )ср

Лист заклёпки считается на смятие:

δсм = F/ds ≤ ( δ )см

При расчёте групповых заклёпочных соединений нагружённых на одну заклёпку, находится напряжение среза.

5.Сварные соединения:

Достоинства : быстрота и качество изготовления (технологичные)

экономичность (дешёвые)

малая металлоёмкость

Недостатки: недостаточная прочность

не работает на вибрации

1) любые сварные соединения образуются двумя видами швов:

- стыковым

- угловым

-

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Стыковой шов: разрушение шва такое же, как и основного металла

Угловой шов: Разрушение шва происходит из-за касательных напряжений среза, они является разрушающими. S=k (катет шва), h – высота площадки по которой разрушается шов

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
h = ksin45 = 0,7k

2) Сварные соединения:

стыковые (одна деталь продолжает другую, выполняется только стыковым швом)

       
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
    Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
 

(5<8мм), (8<5<16мм).

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Обозначение швов на чертежах: линия – выноска; полка и односторонняя стрелка; упирается на линию основного или невидимого контура. Основная надпись пишется на полке (видимый контур) или под ней (невидимый контур).

- усиление шва снять

- Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
сварки по незамкнутому контуру

Если шов несколько (идентичен), обозначается только один, а остальные номерами (они подсчитываются и обозначаются на линии – выноски).

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
а) воздействия растяжения силы F:

δ = F/bs ≤ ( δ )р

( δ )р = 0,9 ( δ )р (для ручной электродуговой сварки)

б) воздействие изгибающего момента Мх:

δиз = Мх/ Wх = 6Мх/bs2 ≤ ( δ )из

Мх = bs2/6

Если Мх = 0, а есть Мz Wz = bs2/6

в) воздействие F и Мх:

       
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
    Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
 

Напряжённым считается отдельная для каждого силового фактора, а затем складываемые геометрические и арифметические – нахлёсточные (одна деталь перекрывает другую, образуется только угловым швом).

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

1)

       
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru   Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
 

Напряжение τср надо высчитывать как действие изгибающих моментов.

τср = Миз/W = 6 Миз / l(0,7k)2 ≤ (τср)2

2) В зависимости от F различают лобовые и фронтальные швы:

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Лобовой шов

τср = F/0,7kl ≤ ( τ )ср

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Фронтальный шов F, l1, l2

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru F2l1 = F1l2

F = F1 + F2

F1/F2 = l1/l2

F = F2 (1 + l1/l2)

F2 = F/1 + l1/l2

F1 = F2 * l1/l2

τср = F/0,7kb1 ≤ ( τ )ср

b1 ≥ F1/0,7k( τ )ср

b2 ≥ F2/0,7k( τ )ср

При обозначении нахлёста шва на чертежах проставляют обозначения шва по стандарту Н1, а рядом значок величины катета шва и ГОСТ

-

           
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru   Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru   Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
 
 

угловые (одна деталь кромкой приваривается к другой, детали находятся под углом, образуется, как угловой , так и стыковой швы).

τсрМ = М/W = 6M/l(0,7 * k)2

τсрF = F/А = F/0,7kl

δср = 6М/l * S2

δр = F/lS

-

           
  Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru   Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru   Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
 
 

Тавровые (одна деталь перпендикулярна или наклонно приварена к другой).

Классификация:

ПЕРЕДАЧИ

Передачи бывают:

1) Трением

2) Зацеплением

а) С непосредственным контактом (зуб.)

б) Передачи гибкой связью (переменные)

1.Ременные передачи

1.1 Достоинства и недостатки, и классификация.

Достоинства: возможные работы на высоких скоростях

бесшумность, плавность работы, поглощение ударов и толчков.

простота и дешевизна конструкции

Недостатки: - повышение нагрузка на валы из-за необходимой натяжки ремня.

недостаточная долговечность ремней ( ≈ 5000 часов работы).

повышенные требование к натяжке ремня.

недостаточная натягивая способность (ниже чем в зубчатых и цепных).

Классификация ремней

1) Плоскоременная передача.

“+” Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru простота конструкции

“+” не требует точности установки шкива

“ − “более габаритна

Плоские ремни: прорезиненные хлопчатобумажные и др..

Клиноременная передача (φ=40°)

Имеет Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

большую тяговуя способность (повыш. Привед. коэф. трения

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Толщина и ширина

стандартизации О,А,Б,В,Г,Д

Достоинство: в клиноременной передаче размер сечения ремня можно использовать до 8 ремней (больше не рекомендуется, т.т. ремни выполняются в виде бесконечной ленты с разной в пределах допуска длиной).

2) Поликлиновый ремень

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

“ − “ недостаточно либкие (малая долговечность).

Кордшнуровые и кордтканевые ремни для повышенной прочности.

3)Круглый ремень (используют в приборах и в быту)

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Недостаток: малая тяговая способность

материал: резина, кожа.

3) Зубчатые ремни (передача движения осуществляется зацеплением)

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Достоинства: -высокая тяговая способность

не требуется большого натяжения

Недостатки: высокие требование к установке шкивов (оси шкивов должны быть строго параллельны)

1.3 Геометрические и кинематические зависимости.

Рассмотрим: шкив и ремень.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru 1-ведущий шкив

2-ведомый шкив

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

В ременной передаче из-за податливости и проскальзывания ремня Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Где ξ- коэф. скольжения в ремне [0.1±0.2]

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Передаточное отношение ременной передачи

В практике Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

u выбирается от 2÷4

1.2 Геометрические параметры и зависимости:

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

1) Диаметры Д1 и Д2

2) Межосевое расстояние

3) Угол наклона между ветвями ремня β

4) Угол охвата ремнем шкива Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru α1 и α2 . чем дольше α1 тем сцепление выше.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru α1≥[α ]

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru α1 ограничивается =>

[ α ]- допускаемый угол охвата

для клиноременных [ α ] = 120°, плоско ременных [ α ] = 150°

Найдем α1 : α1 =180°-β= π-β

Найдем α2 : α2=180°+β= π+β

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Учитывая что β – малая величина, а ее sin – сам угол, получим:

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru


Вывод формулы для определения длины ремня

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Д1 , Д2 – величины стандартные

а назн, в зависимости от Д1 и Д2

Если клиноременная передача, то L округлое по стандарту. Затем вновь пересчитать а.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Только потом троверяем

Т.к. β зависит от а.

Скольжение в ремне.

Потери на трение КПД.

Пусть ремень действует предварительное натяжение F0 . крутильный момент уравновешен дополнительным грузом.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Часть дуги деформирована, а другая покоится.


В результате натяжке ремня в зоне упругого скольжения, сцепление будет min. Если Т увеличивать, дуга упругого скольжения будет расти. Если дуга упругого скольжения будет приближена к углу охвата (дуга покоя ≈0), то произойдет буксование ремня на шкиве, что нежелательно. Нужно увеличить силу предварительного натяжения F0 , чтобы уйти от буксования.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Потери на трения из-за упругого скольжения в ремне; из-за сопротивления воздуха, перегибов ремня и т. д…

Построение кривых скольжения.

Кривые скольжения ξ(φ), η (φ)

φ – коэф. Тяги (отношение открытых сил к 2F0)

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

F0 – предварительного натяга

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

η в пределах 0,96 (плоские) 0,95 (клиновые)


Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Для разных ремней кривых скольжения выявили φ=φкр

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

[Q]t0 – допустимое полезное окружное напряжение идеальной передачи (из таб. Значений)


Идеальная передача u=1, α=180°, ν=10 м/с

К реальной передаче переход домножением [Q]t0 на ряд коэф.

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

- для реальной передачи

Кα - коэффициент учитывающий угол охвата малого шкива

Кн – коэффициент учитывающий вид выбран натяжение ремня

Кр – коэффициент режима работы (учитывающий работу при спокойной нагрузке при толчках и ударах, при слабом колебании)

Силовые зависимости в ременной передаче.

1. в идеальной передаче (зависимость Эйлера)

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

f – коэффициент трения, α – угол охвата

2) зависимость Понселе

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

δ – удлинение ремня

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

F2 – холостой ветви

F1 – усилие в рабочей ветви

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

решив совместно системы и уравнения получим

Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru
Расчет винтовых соединений при одновременном воздействии внешних сил, откручивание и сдвиг детали (групповые силы) - student2.ru

И


Формулы Понселе

Наши рекомендации