СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПОСАДКОЙ С НАТЯГОМ
Объекты заданий – соединения деталей типа «вал – втулка» посадкой с натягом, нагруженные вращающим моментом или осевой сдвигающей силой.
Под натягом принято понимать положительную разность между диаметром вала и диаметром отверстия во втулке до сборки соединения.
Прочность таких соединений (взаимная неподвижность их деталей при эксплуатации) обеспечивается за счёт сил трения на сопряженных поверхностях. Необходимое для появления данных сил нормальное давление в зоне контакта деталей возникает при их упругом деформировании из-за предварительного натяга в ходе сборки. В связи с этим расчёт соединения при известных нагрузках, материалах и размерах деталей сводится к выбору с помощью справочных таблиц (см. [2], с. 36) стандартной посадки, которая обеспечит требуемый натяг и нормальное давление, а также проверке прочности самих деталей соединения. В случае обратной задачи при известной посадке определяются нагрузки, которые может выдержать соединение.
Порядок расчёта, основные формулы и расчётные примеры для соединений деталей типа вал – втулка посадкой с натягом даны в [1], с. 102…105, 110.
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Объекты заданий – сварные соединения различной конструкции, выполненные стыковыми и угловыми сварными швами.
При качественном выполнении сварного стыкового шва, как установлено практикой, разрушение соединений стальных деталей происходит чаще всего в зоне термического влияния. Поэтому расчёты на прочность таких соединений принято выполнять по размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений.
Разрушение соединений с угловыми сварными швами обычно происходит непосредственно по этим швам в результате их среза по плоскости наименьшего сечения, проходящей через биссектрису прямого угла, или близкой к ней. В связи с этим проверка на прочность этих соединений сводится к проверке прочности по напряжениям среза их сварного шва.
Порядок расчёта, основные формулы и расчётные примеры для различного вида сварных соединений при различных нагрузках даны в [1], с. 66…78.
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Объекты заданий – винтовые прессы и съёмники, сконструированные на базе винтовых пар скольжения (ходовых резьбовых соединений деталей типа винт – гайка).
Главным критерием работоспособности данных конструкций является износостойкость их ходовой резьбы, которая определяется величиной напряжений смятия, возникающих в зоне контакта витков резьбы винта и гайки под действием осевой нагрузки на винт. Поэтому расчёты винтовых передач сводятся к определению размеров ходовой резьбы, высоты гайки и длины винта из условий прочности по напряжениям смятия и устойчивости стержня винта. При обратной задаче, если эти размеры и материалы деталей известны, определяется нагрузка, которую может воспринимать передача без повышенного износа резьбы.
Порядок расчёта, основные формулы и расчётный пример для винтовой пары даны в [1], с. 292…294.
СБОРНИК ЗАДАНИЙ
В сборнике представлены 15 вариантов комплексных заданий, каждое из которых включает расчёты группы различных соединений деталей машин по 8 численным вариантам исходных данных. При этом восьмой вариант в бланке задания оставлен пустым и может быть самостоятельно заполнен преподавателем, что существенно расширяет вариантную базу заданий.
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-01 | ||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||
| Стержни 1 фермы растягиваются при затяжке резьбового соединения с помощью стяжной муфтой 2. Стержень 1 опирается на кронштейн 3, который приваривается с двух сторон к стальной балке 4 ручной сваркой электродами обычного качества. Резьба стержней метрическая с крупным шагом. Класс прочности резьбы 4.6. | |||||||||
| |||||||||
1. Определить диаметр  стержня 1 (из расчета на прочность резьбового соединения при действии осевой растягивающей силы  ).
2. Дать заключение о прочности сварного шва № 1.
Примечания: 1. Катет сварного шва  .
2. При расчете сварного шва моментом трения в резьбе пренебречь.
| |||||||||
| Вариант | |||||||||
| , кН
| |||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-02 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
Муфта, предназначенная для передачи вращающего момента  с ведущего вала 1 на ведомый вал 2, имеет упругие элементы 3, прижатые к полумуфтам 4 дисками 5. Диски и полумуфты стянуты винтами 6, имеющими класс прочности резьбы 4.8. Движение с вала на ступицу полумуфты передается с помощью шпоночного соединения с призматической шпонкой 7.
| |||||||||||
| |||||||||||
1. Рассчитать диаметры  валов, исходя из допускаемого для их материалов напряжения кручения  .
2. Определить диаметры  винтов.
3. Установить размеры шпонок  (по ГОСТ 23360-78).
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
 , Нм
| |||||||||||
| Количество винтов | |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-03 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
|
Поперечно - свёртная муфта, передающая с ведущего вала 1 на ведомый вал 2 вращающий момент , может быть выполнена в двух вариантах:
- полумуфты 3 и 4 стянуты болтами 5, установленными с зазором (1 вариант);
- полумуфты 3 и 4 стянуты болтами 6, установленными без зазора (2 вариант).
Движение с вала на ступицу полумуфты передается с помощью шпоночного соединения с призматической шпонкой 7.
| |||||||||||
| |||||||||||
1. Рассчитать диаметры валов, исходя из допускаемого для их материалов напряжения кручения  .
2. Установить размеры шпонок (по ГОСТ 23360-78).
3. Определить диаметры болтов, поставленных с зазором.
4. Рассчитать диаметры  , болтов, поставленных без зазора.
5. Дать заключение о целесообразности обоих вариантов исполнения муфты.
Примечание: - класс прочности болтов для обоих вариантов – 4.6.
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
| , Нм
| |||||||||||
| Количество болтов | |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-04 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
| Муфта, предназначенная для передачи вращающего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 2, имеет упругий неметаллический элемент 3, который привулканизирован к стальным дискам 4. С помощью винтов 5 диски крепятся к двум одинаковым полумуфтам 6. Движение с вала на ступицу полумуфты и наоборот передается с помощью шпоночного соединения с призматической шпонкой 7.
| |||||||||||
| |||||||||||
1. Рассчитать диаметры валов, исходя из допускаемого для их материалов напряжения кручения  .
2. Определить диаметры винтов.
3. Установить длину  ступиц полумуфт.
Примечания:
- длину ступиц выбрать на (8…10) мм больше длины шпонки;
- размеры шпонок выбрать по ГОСТ 23360-78.
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
| , Нм
| |||||||||||
| Класс прочности винтов по ГОСТ 1759-70 | 3,6 | 4.6 | 4.6 | 4.8 | 4.6 | 4.8 | 5.6 | ||||
| Количество винтов | |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-05 | |||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | ||||||||||||
|
Зубчатое колесо редуктора выполнено составным. Венец 1 колеса соединен со сварной ступицей 3 болтами 2, установленными без зазора. Класс прочности болтов – 4.6. Вращающий момент  с вала на ступицу колеса передается призматической шпонкой 4.
1. Определить диаметр вала , исходя из допускаемого для его материала напряжения кручения .
2. Определить диаметр болтов 2 и подобрать их по ГОСТ 7817-72.
| |||||||||||
| 3. Рассчитать аналогичное соединение с болтами, установленными с зазором, и вычертить эскиз этого соединения.
4. Установить размеры шпонки (по ГОСТ 23360-78).
| ||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
| , Нм
| ||||||||||||
| Количество болтов | ||||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-06 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
Вариант 1 Вариант 2
| Бронзовый бандаж 1 червячного колеса, напрессованный на чугунный центр 2 (вариант 1), должен быть заменен бронзовым венцом 3, крепящимся к центру 4 болтами 5, поставленными с зазором (вариант 2). | ||||||||||
Определить диаметр болтов  , исходя из обеспечения одинаковой несущей способности обоих вариантов соединения по вращающему моменту
Примечания:
1. Центр считать за кольцо с диаметрами  и  ,
бандаж – за кольцо с диаметрами  и .
2. Класс прочности болтов – 5.6.
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
| Посадка | H7/s6 | H7/s6 | H7/r6 | H7/r6 | H7/s6 | H7/r6 | H7/r6 | ||||
| Количество болтов | |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-07 | |||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | ||||||||||||
|
Прямозубое зубчатое колесо может передавать на вал вращающий момент  одним из следующих способов:
· призматической шпонкой;
· эвольвентными шлицами;
· посадкой с натягом.
| |||||||||||
| 1. Проверить:
· прочность вала, исходя из допускаемого для его материала напряжения кручения ;
· прочность шпоночного соединения;
· прочность шлицевого соединения.
2. Подобрать посадку с натягом колеса на вал.
Примечания:
1. Размеры призматической шпонки см. по ГОСТ 23360-78.
2. Размеры эвольвентных шлицов см. по ГОСТ 6033-80.
| ||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
 , Нм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-08 | |||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | ||||||||||||
|
На чугунный центр зубчатого колеса 1 напрессован бандаж 2 из стали 45 закалённой и отпущенной.
Определить:
1. Посадку бандажа на центр, обеспечивающую передачу вращающего момента  .
2. Усилие запрессовки для выбора пресса.
3. Размеры шпонки (по ГОСТ 23360-78).
| |||||||||||
Примечания:
1. Центр считать за кольцо с диаметрами  и  .
2. Бандаж считать за кольцо с диаметрами и  .
| ||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
| , Нм
| ||||||||||||
| , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-09 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
| Ступицы 1 сварного барабана ленточного конвейера соединяются с дисками 2 винтами 3, установленными с зазором. Класс прочности винтов -4.6. Сварка ручная. | |||||||||||
| |||||||||||
1. Определить диаметр винтов.
2. Дать заключение о прочности сварного шва № 1.
3. Определить размеры шпонки  (по ГОСТ 23360-78).
Примечания:
1. Окружное усилие на барабане  .
2. Катет сварного шва  .
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , кН
| |||||||||||
 , кН
| |||||||||||
| Число винтов | |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-10 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
| Сварной кронштейн 1 крепится к основанию 2 болтами 3, поставленными с зазором, и двумя штифтами 4. Класс прочности болтов – 4.8. | |||||||||||
| |||||||||||
1. Дать заключение о прочности болтов, показав на эскизе их положение.
2. Определить диаметр  штифтов.
3. Дать заключение о прочности сварного шва.
Примечания:
1. Принять следующие соотношения размеров:
 ;  ; 
2. Катет сварного шва  .
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
| , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
| , кН
| |||||||||||
 - диаметр болтов
| М18 | М24 | М27 | М30 | М24 | М27 | М30 | ||||
 - число болтов
| |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-11 | |||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | ||||||||||||
| Стойка установлена на бетонном основании и прикреплена к нему болтами, установленными с зазором. Класс прочности ботов – 4.8. Дать заключение о пригодности намеченных конструктором болтов | |||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
 , кН
| ||||||||||||
 , град.
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
 , мм
| ||||||||||||
| Диаметр болтов | М14 | М16 | М18 | М20 | М22 | М24 | М24 | |||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-12 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
| Канатный блок вращается на оси, приваренной к стальному фланцу 1. Фланец крепится к стальной плите 2 шпильками 3. Класс прочности шпилек 4.8. | |||||||||||
| |||||||||||
Определить диаметр шпилек.
Примечания: размер   .
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
| , кН
| 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,5 | 10,5 | ||||
 , мм
| |||||||||||
| , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-13 | ||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||
| Стальной кронштейн крепится чугунному основанию четырьмя винтами Класс прочности винтов 4.6. | |||||||||||
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||
 , кН
| 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,5 | 10,5 | ||||
 , мм
| |||||||||||
 , мм
| |||||||||||
 , град.
| |||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-14 | ||||||||||||||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||||||||||||||
Винтовой пресс развивает усилие  . Резьба винта трапецеидальная.
| |||||||||||||||||||||||
|
Определить:
1. Диаметр  винта и высоту  гайки.
2. Диаметр  и длину  воротка.
3. Построить эпюры крутящего момента и осевой силы, действующих на винт.
| ||||||||||||||||||||||
Примечания:
Принять усилие рабочего  при определении  и  при определении  .
| |||||||||||||||||||||||
| Вариант | |||||||||||||||||||||||
| , кН
| |||||||||||||||||||||||
 , мм
| |||||||||||||||||||||||
| МГТУ имени А.Н. Косыгина Каф. «Детали машин и ПТУ» | Студент | Группа | Вариант С-15 | ||||||||||||||||||||
| Задание на расчет соединений деталей машин | |||||||||||||||||||||||
Шкив 1 усилием  демонтируют с вала при помощи съёмника. Винт 2 съёмника имеет метрическую резьбу. Шкив 1 выполнен из серого чугуна, а вал изготовлен из незакалённой стали.
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
Определить:
1. Диаметр винта  из расчёта винтовой передачи на износостойкость.
2. Усилие выпрессовки  .
3. Наибольший вращающий момент, который можно передать со шкива на вал с помощью заданной посадки.
| |||||||||||||||||||||||
| Вариант | |||||||||||||||||||||||
| Посадка шкива на вал | 
| 
| |||||||||||||||||||||
 , мм
| |||||||||||||||||||||||
 , мм
| |||||||||||||||||||||||