Задачи на экзамен на 2010/2011 учебный год
ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ
Вводные понятия в курсе ДМ и ОК
1 Вводные понятия в курсе ДМ и ОК. Классификация типовых деталей машин. Требования, предъявляемые к современным машинам. Этапы проектирования ДМ и стадии разработки конструкторской документации.
2 Виды нагрузок, действующих на ДМ. Типовые циклы изменения напряжений в сечениях ДМ.
3 Основные критерии работоспособности ДМ.
Соединения
4 Классификация резьб. Геометрические параметры резьб. Основные типы резьб.
5 Соотношение между осевыми и окружными усилиями в винтовой паре. Момент на преодоление трения в резьбе и уклона винтовой линии. Момент завинчивания гаек и винтов.
6 КПД винтовой пары. Условие самоторможения винтовой пары. Понятие о приведенном коэффициенте трения.
7 Расчет витков крепежных резьб.
8 Расчет на прочность стержня незатянутого болта, нагруженного только внешней осевой силой.
9 Расчет на прочность стержня болта (установленного «с зазором» и «без зазора»), нагруженного поперечной силой.
10 Расчет группы болтов. Допущения при расчете группы болтов. Порядок расчета группы болтов. Расчет группы болтов (установленных «с зазором» и «без зазора»), нагруженных: а) усилием, б) моментом, действующими в плоскости cтыка.
11 Соединения призматической, цилиндрической, сегментной шпонками: особенности конструкций, достоинства и недостатки, расчеты на прочность.
12 Зубчатые (шлицевые) соединения: достоинства и недостатки, классификация, расчет.
13 Виды сварных соединений и расчеты их на прочность.
14 Заклепочные соединения. Расчет на прочность.
Передаточные механизмы
15 Назначение и разновидности механических передач.
16 Виды повреждений зубьев зубчатых колес.
17 Усилия в зацеплении цилиндрических прямозубых колес и расчетная нагрузка.
18 Вывод формулы для определения расчетного контактного напряжения в полюсе зацепления зубьев цилиндрической прямозубой передачи.
19 Вывод формулы для определения напряжения изгиба в опасном сечении на переходной поверхности зуба колеса цилиндрической прямозубой передачи.
20 Выбор допускаемых напряжений при расчете цилиндрических передач на контактную и изгибную выносливость зубьев.
21 Достоинства и недостатки косозубых и шевронных передач. Геометрия косозубых колёс. Коэффициент перекрытия зубьев в косозубых передачах.
22 Усилия в зацеплении цилиндрических косозубых колес. Особенности расчета косозубых передач на контактную и изгибную выносливость.
23 Конические передачи: достоинства и недостатки, классификация, геометрия конических колёс. Усилия в зацеплении конических колес. Особенности расчета конических передач на контактную и изгибную выносливость.
24 Червячные передачи: достоинства, недостатки, классификация. Геометрия колес и кинематика червячной передачи. Усилия в зацеплении колес. Особенности расчета червячных передач по контактным и изгибным напряжениям. Материалы, применяемые при изготовлении колес червячной передачи.
25 Ременные передачи: достоинства, недостатки, классификация. Усилия и напряжения в ветвях ремня. Эпюра распределения напряжений в ветвях ремня.
26 Цепные передачи: достоинства, недостатки, конструкции приводных цепей. Проверка износостойкости шарнира роликовой цепи. Проверка прочности роликовой цепи на разрыв. Проверка долговечности цепи. Нагрузка на вал от звездочки цепной передачи.
Валы и оси
27 Проектировочные расчеты валов на прочность (ориентировочный и приближенный).
28 Проверочный (уточненный) расчет вала на сопротивление усталости.
Подшипники
29 Подшипники качения: достоинства, недостатки, классификация, условное обозначение. Схемы установки подшипников качения на валах.
31 Подбор подшипников качения по статической грузоподъемности.
32 Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности.
Задачи на экзамен на 2010/2011 учебный год
Две полосы из стали Ст3 соединены стыковым швом и нагружены силами Р (рис.1). принимая 
, определить допускаемое значение силы Р для следующих вариантов выполнения шва:
а) ручная сварка электродами Э34;
б) то же, электродами Э42;
в) сварка автоматическая под слоем флюса.
Для каждого из указанных вариантов определить процент использования основного металла конструкции.
|
Полоса сечением 160×10 мм из стали Ст3, нагруженная растягивающей силой Р, приварена к косынке двумя фланговыми швами (рис. см. ниже). Определить требуемую длину lф фланговых швов, если сварка выполнена вручную электродами Э50, катет шва равен толщине полосы. Соединение должно быть равнопрочно привариемой полосе.
Уменьшится ли объем направленного металла, если применить швы с катетом k=8мм вместо k=10 мм?
Какова минимально допустимая величина катета швов kmin, если предельная длина фланговых швов lфmax =50k?
|
Определить из условия равнопрочности сварных швов и основного металла конструкции требуемые длины lф1 и lф2 фланговых швов для прикрепления растянутого раскоса (рис. см ниже) фермы к косынке. Материал уголков – сталь 15ХСНД, сварка автоматическая; k=6 мм.
Определить требуемый номер швеллера (рис.см. ниже) для растянутого раскоса фермы, если материал швеллеров – сталь Ст3. Определить требуемые длины фланговых швов для прикрепления раскоса к косынке (учесть наличие лобовых швов). Сварка автоматическая под слоем флюса: принять k=7 мм.
|
Труба крепится к неподвижной плите А путем обварки по контуру валиковым швом с катетом k=5 мм (рис.см. ниже). определить допускаемое значение силы Р, если для трубы допускаемое напряжение на растяжение 
, а для сварного шва на срез 
. Указать процент использования основного металла трубы.
|
Сварной подшипник (рис. см. ниже) крепится болтами к потолочным балкам. Определить допускаемое значение действующей на подшипник силы Р из условия прочности сварных швов, соединяющих стойку 1 и ребро 2 с основанием подшипника 3. Катет швов k=6 мм; допускаемое напряжение на срез для швов 
.
Указание. Учесть, что швы нагружены внецентренно.
|
Проверить на прочность резьбовую часть грузовой скобы (рис. см. ниже), рассчитанной на подъем груза массой m=150·103 кг. Резьба трапецеидальная по ГОСТ 9484-73; d=180мм; d1=158 мм; S=20 мм.
Принять 
|
Болт затягивают с усилием Рр=150 Н, приложенным к рукоятке нормального гаечного ключа (рис.см. ниже). Определить расчетные (эквивалентные) напряжения для болтов М10 и М30, пользуясь гипотезой наибольших касательных напряжений.
Коэффициент трения на опорной поверхности гайки fт=0,18; коэффициент трения в резьбе f=0,15. При определении момента сил трения на опорной поверхности гайки рассматривать ее как кольцо с внутренним диаметром, равным диаметром отверстия под болт (d0=11 для болта М10 d0=31 мм для болта М30), и наружным, равным размеру гайки «под ключ». Допустимы ли полученные напряжения, если материал болтов – сталь Ст3?
|
Определить напряжения смятия на опорной поверхности стандартной шестигранной гайки, если нормальные напряжения в поперечном сечении болта М30 (по внутреннему диаметру резьбы) 
. Диаметр отверстия под болт d0=31 мм.
Указание. Опорную поверхность гайки рассматривать как кольцо с наружным диаметром, равным размеру «под ключ».
Болт в конструкции, показной на рис. ниже, не должен работать на изгиб, поэтому сила трения Т между листами 1 и 2 должна быть не меньше силы Р. Принимая Т=1,2 Р, определить, возможно ли осуществить требуемую затяжку болта с резьбой М27, пользуясь нормальным гаечным ключом (длина ключа L=15d), если коэффициент трения между листами 1 и 2 f1=0,2, коэффициент трения на опорной поверхности гайки fт=0,18, коэффициент трения в резьбе f=0,16. Усилие рабочего на рукоятке ключа Рр=200Н.
Указание. Опорную поверхность гайки рассматривать как кольцо с диаметром d0=28 мм и D=41 мм.
|
Стальная штанга соединена с деревянным брусом четырьмя болтами и нагружена растягивающей силой Р=2,5 кН (рис. см ниже). Материал болтов и штанги – сталь Ст3. Коэффициент трения между штангой и брусом f=0,3. Допускаемое напряжение на смятие для дерева 
. Расстояние между болтами а=3d, где d – диаметр болта. Определить диаметр болтов и размеры штанги dшт, b и 
.
|
Момент от зубчатого колеса передается барабану грузоподъемной машины за счет сил трения, вызванных затяжкой шести шпилек (рис см. ниже). Определить требуемый диаметр шпилек, имеющих метрическую резьбу с крупным шагом. Усилие в тросе, навиваемом на барабан, Qт=10 кН; материал шпилек – сталь Ст3; коэффициент трения между колесом и барабаном f=0,12.
Указание. При расчете принять момент сил трения на 20% больше момента от усилия в канате. Считать, что затяжка шпилек не контролируемая; использовать данные табл. П5.
|
По данным предыдущей задачи определить диаметр d0 болтов, устанавливаемых без зазора (рис. 5.15). Число болтов z=3; 
.
|
Болт с резьбой М27 (см. рис ниже) затянут с силой V=30 кН. В результате неточности изготовления центр тяжести опорной поверхности головки смещен от оси стержня на 2 мм. Насколько (в процентах) наибольшие нормальные напряжения в поперечном сечении этого болта выше, чем у болта, изготовленного точно.
|
|
Из условия равнопрочности стержня болта на растяжение и резьбы на срез определить высоту Н стальной гайки для болта с резьбой М24. Допускаемое напряжение для стержня болта на растяжение 
, для резьбы на срез 
.
Распределение усилия по виткам резьбы гайки считать равномерным, коэффициент полноты резьбы винта k0,75. Какова высота стандартной шестигранной гайки нормальной точности?
Определить высоту гайки Н1 из расчета витков ее резьбы на срез для винта d=50 мм с однозаходной трапецеидальной резьбой по ГОСТ 9484-73, несущего осевую нагрузку (рис а). Допускаемое напряжение для резьбы гайки 
. Коэффициент полноты резьбы kв=kr=0,65. Какой высоты Н2 надо сделать гайку , если заменить трапецеидальную резьбу квадратной (рис. б) с теми же наружным диаметром и шагом?
Определить высоту гайки с трапецеидальной резьбой из условного расчета на износ при [р]=10 Н/мм2. Приемлем ли полученный результат при заданном шаге резьбы?
|
|
Крышка подшипникового узла крепится к алюминиевому корпуса механизма шпильками с резьбой М14 (рис.см. ниже). Исходя из условия равнопрочности стержня шпильки на растяжение и резьбы в корпусе на срез, определить отношение l0:d – глубины завинчивания к диаметру шпильки, если отношение допускаемых напряжений 
. Распределение усилий по виткам резьбы принять равномерным. Коэффициент полноты резьбы в корпусе kr=0,88.
|
Зубчатое колесо, рассчитанное для передачи окружного усилия Р=6,0 кН, соединено с валом призматической шпонкой (рис. см. ниже). Проверить шпоночное соединение на прочность.
|
Выбрать по ГОСТу призматическую шпонку со скругленными торцами для вала d=35 мм.
Определить размеры пазов, вычертить поперечное сечение вала со шпонкой (в масштабе 1:1) и дать условное обозначение шпонки по ГОСТу.
Определить при 
минимальную длину шпонки передачи соединением постоянного момента М=180 Н·м.
Втулочная (гильзовая) муфта, соединяющая два вала, установлена на сегментных шпонках (рис. см. ниже).
Подобрать шпонки и проверить соединение на срез и смятие.
Расчетный момент определить из условия прочности вала на кручение при 
; ослабление вала шпоночной канавкой не учитывать.
Материал муфты и валов – сталь Ст5; шпонки – сталь Ст6.
|
Зубчатое колесо было закреплено на валу при помощи сегментной шпонки (рис. см ниже), размеры которой b=8мм; h=10 мм; L=24,5 мм.
Во время работы шпонка оказалась срезанной. Определить окружное усилие на колесе, при котором произошел срез шпонки, если для материала шпонки предел прочности на срез 
.
|
Для соединения зубчатого колеса с валом редуктора (рис. см ниже) выбрать призматическую шпонку, дать ее условное обозначение и проверить соединение на смятие по следующим данным: окружное усилие в зубчатом зацеплении Р=3,0 кН; материал зубчатого колеса – сталь 45; материал вала – сталь Ст6; принять l1,5 d.
|
Проверить зубчатое (шлицевое) прямобочное соединение блока шестерен с валиком (рис.см ниже) коробки передач токарного станка по следующим данным: передаваемый момент М=100 Н·м; материал вала – сталь 45; число зубьев (шлицев) z=6.
Блок шестерен из стали 40 переключается не под нагрузкой. Рабочие поверхности шлицев термически обработаны и шлифованы. Условия эксплуатации средние.
Шестерни коробки передач фрезерного станка установлены на зубчатом (шлицевом) валике D=50 мм (рис. см ниже); соединение легкой серии по ГОСТ 1139-58.
Установить число и размеры шлицев и проверить соединение по следующим данным: передаваемый момент М=500 Н·м, ширина шестерни В=35 мм; материал вала – сталь 50; материал шестерен – сталь 40Х; шестерни установлены на валу неподвижно. Рабочие поверхности валика и шестерен термически обработаны и шлифованы. Условия эксплуатации средние.
|
Цилиндрическая шестерня закреплена на валу при помощи цилиндрического штифта (рис.см ниже). Проверить шрифт на срез, если момент, передаваемый шестерней, М=85 Н·м.
Материал штифта – сталь Ст6.
Указание. Для штифтовых соединений принимают в среднем 
.
Рассчитать клиноременную передачу, показанную в кинематической схеме привода ленточного транспортера (рис. см ниже).
Передаваемая мощность соответствует номинальной мощности электродвигателя АОП2-52-6 (7,5 кВт, 950 об/мин). Частота вращения ведомого шкива n2=330 об/мин. Работа в одну смену.
Определить число клиновых ремней типа Б в приводе, если диаметр ведущего шкива будет 180 мм.
Передаваемая мощность соответствует номинальной мощности электродвигателя АОП2-52-6 (7,5 кВт, 950 об/мин). Частота вращения ведомого шкива n2=330 об/мин. Работа в одну смену.
Начертить кинематическую схему привода лебедки (рис см ниже), определить расчетную мощность и общее передаточное число всего привода и передаточные числа зубчатой и ременной передач, рассчитать клиноременную передачу по следующим данным:
| Вариант | Диаметр барабана D, мм | Тяговое усилие каната Р, Н | Скорость каната v, м/с | Частота вращения вала электродвигателя n1, об/мин | Вариант | Диаметр барабана D, мм | Тяговое усилие каната Р, Н | Скорость каната v, м/с | Частота вращения вала электродвигателя n1, об/мин |
| 0,8 | |||||||||
| 0,8 | |||||||||
| 0,7 | |||||||||
| 0,9 | 0,8 | ||||||||
| 0,9 | 1,1 | ||||||||
| 0,8 | |||||||||
| 1,1 | |||||||||
| 0,8 | |||||||||
| 0,9 | 0,7 | ||||||||
| 0,9 | |||||||||
| 0,8 | |||||||||
| 0,8 | 0,9 | ||||||||
| 1,2 | 0,8 | ||||||||
| 1,1 | 0,6 |
|
