Материал: Расчет соединений деталей машин. Кирпичев И.Ю

Рис. 3.14

Задание 15

Рассчитать сварное стыковое соединение круглого стержня с массивным корпусом. Способ сварки – ручная электродами Э50А. Материал деталей – Ст2. Диаметр стержня 20 мм.

Рис. 3.15

Задание 16

Рассчитать сварное стыковое соединение квадратного стержня с массивным корпусом, выполненное в ручную электродами обычного качества. Материал деталей – Ст4. Сторона квадрата стержня – 14 мм.

Рис. 3.16

Задание 17

Рассчитать стыковое сварное соединение треугольных трубок воспринимающих осевую растягивающую нагрузку Р, при автоматической сварке. Материал трубок – Сталь Ст3. Толщина стенок – 5 мм.

Рис. 3.17

Задание 18

Рассчитать стыковое сварное соединение треугольных трубок воспринимающих осевую растягивающую нагрузку Р, при автоматической сварке. Материал трубок – Сталь Ст4. Толщина стенок – 7,5 мм.

Рис. 3.18

Задание 19

Рассчитать стыковое сварное соединение трубки (см. форму на рис. 3.19) воспринимающих осевую растягивающую нагрузку Р, при автоматической сварке. Материал трубок – Сталь Ст0. Толщина стенок – 5,5 мм.

Рис. 3.19

Задание 20

Рассчитать стыковое сварное соединение трубки (см. форму на рис. 3.20) воспринимающих осевую растягивающую нагрузку Р, при автоматической сварке. Материал трубок – Сталь Ст3. Толщина стенок – 9,5 мм

Рис. 3.20

4. Резьбовые соединения

4.1. Параметры метрической резьбы

Резьбовые соединения относятся к разъемным. Их выполняют с помощью крепежных деталей с резьбой (болтов, винтов, шпилек, гаек) или наносят резьбу непосред­ственно на соединяемые детали.

Рис. 4.1. Метрическая резьба (параметры):

а – схема; б – развертка

По профилю осевого сечения различают резьбы треугольную, прямоугольную, трапецеидальную, круглую.

По числу непрерывных витков, образующих резьбу, изго­товляют резьбу однозаходную (крепежную), двух- и трехзаходную. Резьба характеризуется рядом геометрических парамет­ров. Для метрической резьбы (рис. 4.1) ГОСТ 8724-81 регла­ментирует следующие параметры; d, d₁, d₂ - соответственно наружный, внутренний и средний (по которому ширина витка равна ширине впадины) диаметры резьбы; d₃ — внутренний диаметр болта по дну впадины; р — шаг резьбы (расстояние между одноименными сторонами двух соседних витков в осе­вом направлении); h — рабочая высота профиля резьбы, по которой соприкасаются витки винта и гайки; - угол профиля (для метрической резьбы = 60°); s — ход резьбы (рис. 1,б) — поступательное перемещение гайки или винта за один оборот. Для однозаходной резьбы s = р, для многозаходных резьб s = zp (где z — число заходов; — угол подъема резьбы).

Геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизованы. Метрическую резьбу выполняют по стан­дартам: номинальный профиль резьбы и размеры его элементов по ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 180-75); диаметры и шаги (метрическая резьба общего назначения) по ГОСТ 8724-81 (СТ СЭВ 181-75); основные размеры по ГОСТ 24705 - 81 (СТ СЭВ 181-75); допуски на основные размеры резьбы - по ГОСТ 16093-81 (СТ СЭВ 640-77) посадки с зазором, по ГОСТ 4608-81 (СТ СЭВ 306-76) посадки с натягом; резьбу метрическую коническую по ГОСТ 25229-82 (СТ СЭВ 304-76): резьбу метрическую круглую по ГОСТ 13536-68 (СТ СЭВ 307-76). Резьбу трапе­цеидальную однозаходную изготовляют по ГОСТ 9562-81 (СТ СЭВ 836-78); трапецеидальную многозаходную - по ГОСТ 9484-81 (СТ СЭВ 183-75), резьбу упорную - по ГОСТ 10177-82 (СТ СЭВ 1781-79) и ГОСТ 25096-82 (СТ СЭВ 2058-79).

Метрические резьбы обозначаются буквой М с указанием номинального диаметра резьбы. Для мелких резьб указывается шаг резьбы. Например: М24 — резьба метрическая с наружным диаметром d = 24 мм и шагом р = 3 мм (крупная); М24 х 2 — резьба метрическая, мелкая с наружным диаметром d = 24 мм и шагом р = 2 мм.

4.2. Различные случаи расчета на прочность стержня болта

Случай 1. Стержень болта воспринима­ет только внешнюю растягивающую нагрузку (без предвари­тельной затяжки). Примером такого соединения может служить нарезанный участок крюка для подъема груза, рым-болт, грузовая скоба.

Случай 2. Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует. Пример такого соединения — крепление герметичных крышек и люков корпусов машин и аппаратов. В этом случае стержень болта растягивается осевой силой F₃ и закручивается моментом сил трения в резьбе Т_р, который после снятия ключа продолжает действовать на стержень болта.

Случай 3. Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке. Условием надежности является отсутствие сдвига деталей. Соединение можно конструктивно выполнить двумя способами. Один способ — установка болта без зазора. При этом обеспечивают напряженную посадку болта в отверстие. Силы трения в стыке не учитывают, поэтому затяжка болта необязательна. Длина части болта без резьбы должна быть меньше суммы толщин соединяемых деталей на 2 – 3 мм. Стержень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия.

4.3. Задачи для самостоятельного решения

Задание 1

Определить силу затяжки и напряжение, которое возникает при затягивании гайки ключом (L≈10d) в болте M6; к ключу приложено усилие R = 100 Н (см. рис. 4.2). Принять коэффициент трения в резьбе и на торце гайки ƒ = 0,1.

Рис. 4.2

Задание 2

Определить момент трения на торце гайки при затягивании болта М16, если сила затяжки F_З = 20 кН, а коэффициент трения ƒ = 0,2.

Рис. 4.3

Задание 3

Определить КПД пары болт-гайка для резьбы М16 х 1. Коэффициент трения ƒ = 0,1.

Рис. 4.4

Задание 4

Рассчитать резьбовой участок болта грузовой скобы (см рис. 4.5,) для удержания груза (F = 58 кН). Материал болта — сталь 35. Коэффициент запаса прочности при определении допускаемых напряжений принять как для резьбы с контролируемой затяжкой.

Рис. 4.5. Грузовая скоба:

1 - скоба; 2 - болт; 3 - опора; 4 - упорный подшипник

Задание 5

Рассчитать винты крепления корпуса длиннофо­кусного микроскопа к станине экспериментальной установки. Число винтов z = 6. По техническим условиям для нормальной работы микроскопа необходимо создать силу прижатия F = 0,6 кН. Материал винтов – сталь Ст3, затяжка неконтроли­руемая.

Рис. 4.6

Задание 6

Рассчитать болты крепления рамы основания привода цепного конвейера. Максимальная сила на болт 16 кН. Материал болтов сталь Ст5, затяжка неконтролируемая, коэф­фициент запаса прочности принять минимальным.

Рис. 4.7

Задание 7

Рассчитать болты крепления венца зубчатого ко­леса с колесным центром (рис. 4.8); диаметр окружности центров болтов D = 340 мм, вращающий момент, передавае­мый червячным колесом Т = 13 кНм, коэффициент трения между венцом и центром ƒ = 0,08, материал болтов — сталь 40Х. Числом болтов задаться. Затяжка контролируемая. Расчет вы­полнить для случая установки болтов без зазора.

Случай 4. Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей. Примерами таких соединений могут служить, фланцевые соединения труб и асимметричных конструкций типа оболочек; крепление крышек резервуаров, находящихся под давлением; крепление крышек подшипниковых узлов.

Случай 5. Болт находится под действием эксцентрично приложен­ной нагрузки.

Рис. 4.8. Болтовое соединение:

1 – вал; 2 – центр колеса; 3 – болт; 4 – венец колеса

Задание 8

Определить силу затяжки и напряжение, которое возникает при затягивании гайки ключом (L≈ 15d) в болте М24; к ключу приложено усилие R = 200 Н (см рис. 4.9). Принять коэффициент трения в резьбе и на торце гайки ƒ=0,15.

Рис. 4.9

Задание 9

Определить момент трения на торце гайки npи затягивании болта М30, если сила затяжки F_З = 45 кН, а коэффициент трения ƒ = 0,1.

Рис. 4.10

Задание 10

Определить КПД пары болт - гайка для резьбы М8 х 1. Принять коэффициент трения в резьбе и на торце гайки ƒ=0,15.

Рис. 4.11

Задание 11

Рассчитать резьбовой участок болта грузовой скобы (см рис. 4.12) для удержания груза (F = 26 кН). Материал болта — сталь Ст3. Коэффициент запаса прочности при определении допускаемых напряжений принять как для резьбы с контролируемой затяжкой.

Рис. 4.12. Грузовая скоба:

1 - скоба; 2 - болт; 3 - опора; 4 - упорный подшипник

Задание 12

Рассчитать винты крепления корпуса длиннофо­кусного микроскопа к станине экспериментальной установки. Число винтов z = 4. По техническим условиям для нормальной работы микроскопа необходимо создать силу прижатия F = 1 кН. Материал винтов - сталь Ст10, затяжка неконтроли­руемая.

Рис. 4.13

Задание 13

Рассчитать болты крепления рамы основания привода цепного конвейера. Максимальная сила на болт 20 кН. Материал болтов сталь Ст10, затяжка неконтролируемая, коэф­фициент запаса прочности принять минимальным.

Рис. 4.14

Задание 14

Рассчитать болты крепления венца зубчатого ко­леса с колесным центром (рис. 4.15); диаметр окружности центров болтов D = 180 мм, вращающий момент, передавае­мый червячным колесом Т = 5 кНм, коэффициент трения между венцом и центром ƒ = 0,08, материал болтов — сталь15. Числом болтов задаться. Затяжка контролируемая. Расчет вы­полнить для случая установки болтов с зазором.

Рис. 4.15. Болтовое соединение:

1 – вал; 2 – центр колеса; 3 – болт; 4 – венец колеса

Задание 15

Определить силу затяжки и напряжение, которое возникает при затягивании гайки ключом (L≈8d) в болте М8; к ключу приложено усилие R = 50 Н (см рис. 4.16). Принять коэффициент трения в резьбе и на торце гайки ƒ=0,1.