Лабораторная работа № 1

Методические рекомендации по выполнению

Лабораторных работ и контрольной работы

по дисциплине

«ДЕТАЛИ МАШИН»

для специальности 20.05.01 (2807005.65) «Пожарная безопасность»

специальность «специалист»

форма обучения очная/заочная

Мурманск -2013

Автор - составитель: к.п.н. Челтыбашев А.А.

Рецензенты: зав. лабораторией системного моделирования горного производства Горного института КНЦ РАН к.т.н, доцент Чуркин О.Е.;

.

Содержит методические рекомендации по выполнению лабораторных работ и контрольной работы по дисциплине «Детали машин». В каждой работе раскрыты основные теоретические вопросы проводимого исследования. Приведены методические рекомендации по выполнению контрольной работы, задания на контрольную работу, необходимые справочные материалы.

Методическое пособие предназначено для студентов специальности 20.05.01 (280705.65) «Пожарная безопасность». е теоеретические вопросы

Оглавление

Введение. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «Предел прочности болтового соединения». 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «Исследование соединения с натягом». 8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «Изучение зубчатых передач. Прямозубая зубчатая передача» 13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4«Изучение зубчатых передач. Косозубая зубчатая передача» 16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 «Изучение зубчатых передач. Коническая зубчатая передача» 18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 «Изучение червячных редукторов». 20

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 «Исследование работы ременной передачи». 24

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 «Исследование работы цепной передачи». 27

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 «Исследование передачи винт – гайка». 30

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10 «Исследование конструкций валов». 32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11 «Изучение подшипников качения». 36

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12 «Изучение подшипников скольжения». 39

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 «Изучение упругих муфт». 43

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14 «Изучение резьбовых соединений». 47

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15 «Изучение шпоночных соединений». 51

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16 «Изучение шлицевых соединений». 54

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17 «Изучение заклепочных соединений». 58

Методические рекомендации к контрольной работе по дисциплине «Детали машин»…… 61

Варианты заданий. 67

Литература. 77

Введение.

Изучение и проектирование машин и их деталей является обязательной частью общетехнической подготовки студентов. Для принятия удачных технических решений недостаточно только теоретических знаний. Но также необходимо и знакомство с существующими конструкциями. При этом студенты должны не только изучить принципы построения узлов машин, но и уметь анализировать недостатки и находить пути их устранения. Выполняя расчетно-графические задания входящие в контрольную работу студенты приобретают необходимые исследовательские и конструкторские умения и навыки, что способствует повышению качества профессиональной подготовки. Полученные знания являются базой необходимой для дальнейшего изучения дисциплин специализации.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: «Предел прочности болтового соединения»

Цель работы: экспериментальное обоснование упрощенного метода расчета болта в затянутом соединении, определение выиг­рыша в силе при затягивании болта ключом.

Ход работы:

1. Для заданного диаметра болта определить допускаемую си­лу затяжки.

2. Собрать установку и провести необходимое количество экспериментов (10).

3. Обработать данные, определив значения момен­тов Т_P и Т_зав, напряжения s_Р и t_КР вычислить s_ЭК при одном и том же значении силы F_зат.

4. Используя значения F_зат и Т_зав, определить выигрыш в силе, при затяжке соединения стандартным ключом, приняв l=14d.

5. Ответить на контрольные вопросы (письменно) и оформить отчет.

Порядок выполнения работы

Объектами испытаний являются болты с резьбой М12, М14, М16. Предельная затяжка при испытаниях, как и в практических расчетах зависит от допускаемого напряжения и расчетной площади сечения болта. С учетом повышения напряженности болта от действия касательных напряжений допускаемую силу затяжки можно рассчитать по формуле [F_зат]=[s_P]*A_P / 1, 3, где [s_P] - допускаемое напряжение растяжения для материала болта, равное [s_P] = s_Т /n; где s_Т - предел текучести, определяемый в зависимости от класса прочности равное произведению чисел умноженному на 10 (например, для класса прочно­сти 4.6, (s_Т = 4х6х10 = 240 МПа)); n - коэффициент запаса прочности, зависящий от характера затяжки (контролируемой и неконтроли­руемой) и диаметра болтов. С учетом многократности использова­ния болтов при проведении лабораторных работ рекомендуется в расчетах принимать n=2, 5.

Значение касательных напряжений в стержне болта и, следо­вательно, эквивалентных напряжений в значительной мере зависит от трения в резьбе. Учитывая нестабильность коэффициента тре­ния и зависимость его от многих факторов, экспериментально отношение s_ЭК /s_P определяют по результатам возможно боль­шего числа опытов (рекомендуется не менее 10). Экспериментально нужно получить значения силы затяжки F_зат в зависимости от момента в резьбе Т_P и от момента завинчива­ния T_зав. Первое из этих значений используется для оценки напряжения кручения при затяжке и, следовательно, определения отношения s_ЭК /s_P, второе - для определения соотношения силы затяжки Fзат и силы на ключе F_КЛ при завинчивании соединения ключом стандартной длины.

Для получения F_зат = f (Т_Р) установку собирают с исполь­зованием упорного подшипника. При этом момент на торце гайки практически равен нулю, а момент, прикладываемый к ключу, - моменту в резьбе, от значения которого и зависят на­пряжения кручения. Для получения зависимости силы затяжки от момента завин­чивания c учетом трения на торце, установку собирают с использованием подкладного кольца.

При затяжке болтового соединения к гайке (или к головке болта) прикладывается о помощью ключа момент Т_зав (рис. 1). Этот момент равен сумме двух моментов: момента в резьбе Т_р и момента трения на торце Т_т. Момент Т_р вызывает не только растяжение стержня болта, но и его скручивание. При этом стер­жень болта находится в сложнонапряженном состоянии, а проч­ность в этом случае оценивают по одной из теорий прочности.

Эквивалентные напряжения s_ЭК в соответствии с энерге­тической теорией прочности равны:

s_ЭК =(s_P²+3*t_КР²)^1/2,

после преобразований

s_ЭК =s_P*(1 + 12[d₂*tg(j’+y)/d_p])^1/2

где d₂ - средний диаметр резьбы; d_P - расчетный диаметр резьбы (d_P=d₁) [2, c. 42]; j’- приведенный угол тре­ния в резьбе; y - угол подъема резьбы на среднем диаметре; s_P , t_КР- напряжения нормальные и касательные в стержне болта:

s_P=F_зат / A_P; t_КР=T_P/W_КР;

F_зат - осевая сила, нагружающая болт при затягивании; Т_Р - момент в резьбе болта при затягивании; A_P, W_КР - площадь и момент сопротивления кручению поперечного расчетного сечения болта A_P=pd_P²/4, W_КР=pd_P³/16;

Учитывая геометрическое подобие метрических резьб различ­ных диаметров, можно принять d₂ / d_P = 1, 12; y= 2°30.

Значение коэффициента трения в реальных условиях может находиться в пределах 0, 1…0, 2 в зависимости от состояния контактирующих поверхностей (шероховатости, покрытия, наличия смазочного материала и т.п.).

Если среднее значение коэффициента трения в резьбе считать равным 0, 15, то после преобразований эквивалентные напряжения принимают значение:

s_ЭК=1, 3s_P

Это соотношение обычно используют в приближенных расчетах.

рис.1

Таким образом, учет влияния напряжений кручения на проч­ность стержня болта (винта, шпильки) в проектных расчетах мож­но проводить путем увеличения напряжений растяжения d в 1, 3 раза. Обоснованность этого определения и проверяется в данной работе.

Таблица 1

Сделать вывод по результатам работы о предельно допустимых значениях F_зат исходя из условий прочности соединения.

Форма отчета:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Задание на работу.

4. Результаты работы.

5. Вывод.

Контрольные вопросы

1. Вам необходимо затянуть болтовое соединение с силой в 10 кН, но у вас нет динамометрического ключа, как Вы обеспечите необходимое усилие? При необходимости запросите дополнительные данные. Запишите ход решения поставленной задачи в виде алгоритма.

2. Для фиксации крышки подшипника использовалось 6 болтов, но технологи предлагают уменьшить их количество до 4, обосновывая свое предложение экономическим фактором. Какое решение примете Вы как конструктор и почему? При необходимости запросите дополнительные данные. Ответ обоснуйте.

Список литературы

1. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989.

2. Детали машин. Атлас конструкций / Под ред. Д.Н. Решетова, М.: Машиностроение, 1992. Ч. 2.