КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «Детали машин, основы конструирования и подъемно- транспортирующие машины»

Контрольная работа представлена в виде ответов на вопросы по дисциплине "Детали машин, основы конструирования и подъемно- транспортирующие машины", Аграрный университет ...

1. Валы и оси. Классификация. Нагрузки на валы. Понятие о расчетной схеме. Реакции опор 3
2. Зубчатые передачи. Общие сведения. Способы изготовления колес. Нормы точности. Понятие о смещение зуборезного инструмента для исправления профиля зубьев 14
3. Механизмы подъема груза. Назначение, устройство, кинематические схемы. Основы расчета 19
Список использованных источников 22

Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци-линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяжения (сжатия).
Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.

Рисунок 9 - Графическое определение силЕсли нагрузки, действующие на вал, не лежат в одной плоскости, то их раскладывают по двум взаимно перпендикулярным координатным плоскостям и в каждой из этих плоскостей определяют реакции опор и изгибающие моменты, а затем проводят геометрическое суммирование.Нередко расчет может быть упрощен удачным выбором координатных плоскостей. Например, если окружные силы от ведомого и ведущего элементов взаимно параллельны или взаимно перпендикулярны, то оси координат следует направлять вдоль действия этих сил. Отклонениями от параллельности или перпендикулярности в пределах 10-15° следует пренебрегать, совмещая силы с осями координат. Допускается также совмещение сил в одну плоскость, если угол между ними не более 30°.Понятие о расчетной схеме. Реакции опорВ процессе работы валы и оси испытывают постоянные или переменные по величине и направлению нагрузки. Прочность валов и осей определяется величиной и характером напряжений, возникающих в них под действием нагрузок. Постоянные по величине и направлению нагрузки вызывают в неподвижных осях постоянные напряжения, а во вращающихся осях (и валах) — переменные.Характерной особенностью валов является то, что они работают при циклическом изгибе наиболее опасного симметричного цикла, который возникает вследствие того, что вал, вращаясь, поворачивается к действующим изгибающим нагрузкам то одной, то другой стороной. При разработке конструкции вала должно быть обращено самое пристальное внимание на выбор правильной его формы, чтобы избежать концентрации напряжений в местах переходов, причиной которых могут быть усталостные разрушения. С этой целью следует избегать:а) резких переходов сечений;б) канавок и малых радиусов скруглений;в) некруглых отверстий;г) грубой обработки поверхности.Для оценки правильного выбора геометрической формы вала пользуются гидравлической аналогией, которая гласит: «Если контур детали представить как трубу, в которой движется жидкость, то там, где поток турбулентный, возникнет концентрация напряжений».Причины поломок валов и осей прослеживаются на всех этапах их «жизни».- На стадии проектирования – неверный выбор формы, неверная оценка концентраторов напряжений.- На стадии изготовления – надрезы, забоины, вмятины от небрежного обращения.- На стадии эксплуатации – неверная регулировка подшипниковых узлов.Для работоспособности вала или оси необходимо обеспечить:- объёмную прочность (способность сопротивляться Mизг и Мкрут);- поверхностную прочность (особенно в местах соединения с другими деталями);- жёсткость на изгиб;- крутильную жёсткость (особенно для длинных валов).Все валы в обязательном порядке рассчитывают на объёмную прочность. Из изложенного выше следует, что в зависимости от характера напряжений, возникающих в валах и осях, возможны два случая расчета их на прочность: на статическую прочность и на усталостную прочность.Валы и оси в основном испытывают циклически меняющиеся напряжения. Отсюда следует, что основным критерием работоспособности валов и осей является усталостная прочность. Статическое разрушение встречается очень редко. Оно происходит под действием случайных кратковременных перегрузок. Для валов расчет на сопротивление усталости (уточненный расчет) считается основным. Расчет на статическую прочность выполняют как проверочный.Усталостная прочность (выносливость) валов и осей оценивается коэффициентом запаса прочности. Неподвижные оси при действии постоянных нагрузок рассчитывают только на статическую прочность. Подвижные быстроходные оси и валы рассчитывают на выносливость. Тихоходные валы и оси, нагруженные переменной нагрузкой, рассчитывают на статическую прочность и выносливость.Основными расчетными силовыми факторами для осей и валов являются изгибающие Мн и крутящие Мк (только для валов) моменты.Влияние растягивающих и сжимающих сил незначительно, поэтому, как правило, в расчетах не учитывается.Методом оценки прочности осей и валов является сравнение расчетных напряжений с допускаемыми по следующим условиям прочности:u[]u, []k(4)где u,  — возникающие (расчетные) напряжения изгиба и кручения в опасном сечении вала, оси; []u и []k — допускаемые напряжения на изгиб и на кручение.Спроектированные валы и оси с учетом обеспечения статической или усталостной прочности иногда выходят из строя вследствие недостаточной их жесткости или из-за вибрации. Кроме того, малая жесткость нарушает нормальную работу зубчатых передач и подшипников. Валы и оси дополнительно рассчитывают на жесткость и колебания.Жесткость валов и осей оценивается величиной прогиба в местах установки деталей или углом закручивания сечений; колебания — критической угловой скоростью.Для расчета валов и осей на прочность и жесткость составляют расчетную схему. При расчете на изгиб вращающиеся валы и оси рассматривают как балки на шарнирных опорах. На расчетных схемах силы и вращающие моменты условно принимают как сосредоточенные.Схемы нагружения валов и осей зависят от количества и места установки на них вращающихся деталей и направления действия сил. При сложном нагружении выбирают две ортогональные плоскости (например, фронтальную и горизонтальную) и рассматривают схему в каждой плоскости. Рассчитываются, конечно, не реальные конструкции, а упрощённые расчётные модели, представляющие собой балки на шарнирных опорах, балки с заделкой и даже статически неопределимые задачи.При составлении расчётной схемы валы рассматривают как прямые брусья, лежащие на шарнирных опорах. При выборе типа опоры полагают, что деформации валов малы и, если подшипник допускает хотя бы небольшой наклон или перемещение цапфы, его считают шарнирно-неподвижной или шарнирно-подвижной опорой. Подшипники скольжения или качения, воспринимающие одновременно радиальные и осевые усилия, рассматривают как шарнирно-неподвижные опоры, а подшипники, воспринимающие только радиальные усилия, – как шарнирно-подвижные. Влияние силы тяжести валов (и деталей), силы трения в опорах не учитывают.Расчет валов на кручение.При этом расчете обычно определяют диаметр выходного конца вала или диаметр вала под подшипником (под опорой), который испытывает только кручение.Исходя из условия прочности (4) выполняют проектировочный расчетРасчет валов на совместное действие кручения и изгиба.Участок вала между опорами (под шестерней, колесом и т.п.) рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба по эквивалентному моменту Мэкв.Эквивалентный момент вычисляют обычно по формуле (при расчете по теории максимальных касательных напряжений):Получив расчетным путем размеры, с учетом технологии изготовления проектируют конструктивную форму вала.Приближенный расчет на совместное действие кручения и изгиба для неответственных конструкций валов можно считать основным. Уточненный расчет на выносливость можно не производить, если соблюдается условиеПорядок приближенного (проектировочного) расчета валов на прочностьпо Мэкв:1. По чертежу узла составляют расчетную схему (рис.11, а).2. Определяют действующие на вал силы; если они действуют не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. При угле между плоскостями менее 30° все силы можно рассматривать как действующие в одной плоскости.В схеме (рисунок 11, а) Мк — крутящий момент, возникающий в поперечных сечениях вала; FB и FT — силы, действующие на вал в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.Рисунок 11 - Расчетная схема валов: а — схема нагружения; б — эпюра изгибающего момента в вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости; г — эпюра крутящего момента; д — эскиз валаЗубчатые передачи. Общие сведения. Способы изготовления колес. Нормы точности. Понятие о смещение зуборезного инструмента для исправления профиля зубьевЗубчатые передачи. Общие сведенияЗубчатая передача - трехзвенный механизм, включающий два подвижных звена, взаимодействующих между собой через высшую зубчатую кинематическую пару и образующих с третьим неподвижным звеном низшие (вращательные или поступательные) кинематические пары (рисунок 12).Рисунок 12 – Кинематические парыЗубчатые передачи применяют в тех случаях, когда необходимо сохранить угловые скорости и крутящие моменты на валах механизмов в требуемом соотношении по величине и направлению. Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес. Промышленное применение зубчатая передача получила лишь в середине позапрошлого столетия, когда появились зубодолбежные станки, а в конце XIX столетия было применено фрезерование зубчатых колес способом откатки.В настоящее время они находят широкое применение в самых разнообразных отраслях техникиЗубчатые передачи можно классифицировать:По характеру движения осей:- Обычные – имеют неподвижные оси всех колес;- Планетарные - ось одного или нескольких колес подвижны.Зубчатые передачи в зависимости от взаимного расположения валов могут быть:- цилиндрическими (передача между параллельными валами),- коническими (с пересекающимися валами),Кроме того, применяются передачи между зубчатым колесом и рейкой. Эти передачи являются частным случаем передачи с цилиндрическими колесами, у которой диаметр одного из колес равен бесконечности. Они служат для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.По расположению зубьев на колесах различают: - прямозубые; - косозубые; - шевронные.По форме профиля зуба различают: эвольвентные, круговые (системы Новикова), циклоидные. Преимущественное распространение имеет эвольвентное зацепление, предложенное Эйлером в 1760 году. Круговое зацепление предложено Новиковым в 1954 году. Циклоидное зацепление сохранило свое значение в часовых механизмах как позволяющее нарезать шестерни с малым числом зубьев. В зависимости от взаимного расположения зубчатых колес различают зубчатые передачи с внешним и внутренним зацеплением. В последней зубчатые колеса вращаются в одну сторону.Различают силовые и кинематические передачи. Силовые передачи используют для передачи мощностей и их габариты определятся, как правило, прочностной надежностью. Зубчатые передачи могут понижать или повышать частоту вращения ведомого вала. Агрегат с понижающей передачей (передачами) называют редуктором, агрегат, с повышающей передачей - мультипликатором. Достоинства и недостатки зубчатых передачОсновными преимуществами зубчатых передач перед другими является:а) высокая нагрузочная способность и, как следствие, малые габариты;б) долговечность и надежность работы (большинство зубчатых передачимеет практически неограниченный срок службы);в) высокий к.п.д. (до 0,97 - 0,98 в одноступенчатом редукторе);г) постоянство передаточного числа (вследствие отсутствия проскальзывания);д) возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до тысяч квт) и передаточных чисел ( до нескольких сот).К недостаткам зубчатых передач относятся:а) сложность изготовления по сравнению с другими видами передач (т.е. повышенные требования к точности изготовления);б) наличие шума во время работы, особенно, при неточном изготовлении быстроходных колес;в) высокая жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.г) Зубчатые передачи не предохраняют детали машин от поломок при возникновении больших перегрузок.Способы изготовления колес. Нормы точностиСуществует два основных метода изготовления зубчатых колес: метод копирования и метод огибания (обкатки).Метод копированияИнструмент имеет форму впадины зуба. Название инструмента: пальцевая или дисковая фреза. После вырезания впадины поворачивают заготовку на угловой шаг и процесс повторяется.Рисунок 13 - Метод копированияТочность нарезания зубьев низкая, метод малопроизводительный.Метод огибанияМетод имеет основное применение. При нарезании зубьев воспроизводится зацепление зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент – червячная фреза, долбяк или гребенка.Червячная фреза применяется для изготовления цилиндрических зубчатых колес с внешними зубьями, долбяк – для нарезания колес с внутренними зубьями. Гребенки используют для нарезания колес с большим модулем зацепления.Рисунок 14 – Метод огибанияИнструменту сообщается возвратно- поступательное движение вдоль оси заготовки.