Вопросы и задания по разделу для самостоятельной работы

Вопросы и задания для повторения.

• 1. Перечислите виды передач с гибкой связью, поясните особенности их конструкции, достоинства и недостатки.
• 2. Дайте определения: валы и оси. Конструкции. Материалы.
• 3. Как провести проектный (ориентированный) расчет валов?
• 4. Какова геометрия и кинематика ременной передачи?
• 5. Дайте определение: ременные передачи. Усилия в ремне.
• 6. Раскройте методику проверочного (приближенного) расчета валов. Опишите расчетные схемы.
• 7. Как провести расчет валов на выносливость (уточненный расчет)?
• 8. Раскройте особенности подшипников качения: конструкции, области применения.
• 9. Раскройте особенности подшипников качения: кинематика, особенности посадок.
• 10. Как провести выбор и расчет подшипников качения?
• 11. Раскройте особенности подшипников скольжения: конструкции, условные расчеты.
• 12. Дайте определение муфты, назовите их назначение, классификацию, области применения.
• 13. Перечислите особенности муфт: конструкции, области применения, критерии расчета.
• 14. Какая зависимость между моментом на ключе и осевым усилием в болте?
• 15. В чем заключается алгоритм расчета резьбового соединения, нагруженного силами, сдвигающими детали в стыке?
• 16. Каковы конструкция и расчет шпоночных соединений?
• 17. Каковы особенности конструкции, методы центрирования и расчета шлицевых соединений?
• 18. Что такое сварные соединения? Назовите особенности их конструкции, расчета стыковых соединений.
• 19. Назовите особенности конструкции и расчета сварных нахлесточных соединений.
• 20. Раскройте характеристики конструкции, области применения и расчет глухих муфт.
• 21. Дайте определение: «муфты компенсирующие», охарактеризуйте их конструкцию, области применения, расчет.
• 22. Каковы напряжения в ремне (ременные передачи)?
• 23. Изменится ли диаметр болтов попсрсчно-свсртной муфты, если уменьшить диаметр окружности, на которой они расположены?
• 24. Где более выгодное расположение цепной передачи, между электродвигателем и редуктором или после редуктора?
• 25. По какой мощности необходимо вести расчет ременных передач?
• 26. При расчете клиноременной передачи получилось требуемое число ремней 2= 16. Следует ли признать результат удовлетворительным или необходимо выполнить новый расчет?
• 27. Почему тепловой расчет червячного редуктора, как правило, обязателен?
• 28. В какой передаче — цепной или ременной — нагрузка вала при одном и том же окружном усилии будет меньше?
• 29. Почему при проектировании ременных передач следует избегать минимальных диаметров шкивов?
• 30. В каких случаях применяют шевронные зубчатые колеса и какими достоинствами они обладают по сравнению с косозубыми?
• 31. Почему червячные передачи не рекомендуется применять при больших мощностях?
• 32. Из каких материалов изготавливают венцы червячных колес? Назовите основные факторы, влияющие на выбор материала.
• 33. Что называется редуктором и каково его назначение в приводе машины?
• 34. Дайте определение грузоподъемных машин.
• 35. По каким признакам классифицируют грузоподъемные машины?
• 36. Назовите основные параметры грузоподъемных машин.
• 37. Какие различают тины резьб, но назначению?
• 38. Какие задачи выполняют системы автоматизированного проектирования?
• 39. Что представляют собой современные САПР?

Тесты

• 1. Значение курса «Детали машин»:
  • а) умение сконструировать, рассчитать элементы машин;
  • б) является основным курсом в цикле машиностроительных дисциплин, способствующих созданию новых машин;
  • в) все ответы верны.
• 2. Понятие «деталь»:
  • а) единица производства, изготовленная без сборочных операций;
  • б) отдельная часть машины;
  • в) звено механизма.
• 3. Понятие «сборочная единица», «узел»:
  • а) законченная сборка деталей, узел в группе как отдельной части машины, имеющей общее функциональное назначение;
  • б) подвижное соединение двух деталей;
  • в) неподвижное соединение двух деталей.
• 4. Основные критерии работоспособности и расчета деталей:
  • а) прочность, жесткость;
  • б) износостойкость, теплостойкость;
  • в) все ответы верны.
• 5. Какая термообработка предпочтительна при изготовлении деталей с помощью резания:
  • а) объемная закалка;
  • б) цементация;
  • в) нормализация, улучшение.
• 6. Основными требованиями, которым должны соответствовать детали, являются:
  • а) надежность и экономичность;
  • б) мощность;
  • в) легкость.
• 7. Торсионом называется упругий элемент, работающий на:
  • а) кручение;
  • б) сжатие;
  • в) растяжение.
• 8. Какой вид повреждений зубьев характерен для закрытых зубчатых передач:
  • а) поломка зубьев;
  • б) контактное выкрашивание;
  • в) заедание.
• 9. Что учитывает в формуле для расчета мощности

коэффициент.

• а) запас прочности;
• б) неравномерность распределения нагрузки по длине зуба;
• в) наличие угла наклона зуба.
• 10. Назовите компоненту силы взаимодействия в точке К червячной передачи, действующей на червяк по направлению I—I (см. рисунок).

• а) радиальная сила;
• б) окружная сила;
• в) тангенциальная сила.
• 11. Назовите компоненту силы взаимодействия в точке К в конической передаче, действующую на колесо 1 по направлению II—II (см. рисунок).

• а) радиальная;
• б) осевая;
• в) тангенциальная.
• 12. Какой вид напряжений принимается опасным при проектном расчете зубчатых передач?
• а) контактные напряжения;
• б) напряжения сдвига;
• в) напряжения смятия.
• 13. Какой вид повреждения зубьев наиболее характерен для червячных передач?
• а) излом зубьев, от изгиба;
• б) контактное выкрашивание;
• в) пластическая деформация.
• 14. Недостатки открытых передач:
  • а) менее долговечны, чем закрытые передачи;
  • б) затруднена смазка;
  • в) все ответы верны.
• 15. Достоинство закрытых передач:
  • а) они защищены от загрязнений окружающей среды;
  • б) легко осуществима смазка подшипниковых узлов;
  • в) все ответы верпы.
• 16. Какие редукторы вы знаете?
• а) цилиндрические;
• б) червячные;
• в) ответ не однозначен.
• 17. Какими изготавливают корпуса редукторов?
• а) литыми, сварными;
• б) фрезерованными или точеными;
• в) все ответы верны.
• 18. Основные недостатки зубчатых редукторов:
  • а) сложность обслуживания при эксплуатации;
  • б) повышенный шум;
  • в) низкая долговечность.
• 19. Основная отличительная особенность открытых передач:
  • а) их выполняют в герметичном корпусе;
  • б) у них больше КПД, чем у закрытых передач;
  • в) их выполняют без специального герметичного корпуса.
• 20. Какие передачи имеют основное применение в редукторах?
• а) фрикционные;
• б) зубчатые;
• в) ременные.
• 21. Основная отличительная особенность закрытых передач:
  • а) их выполняют в герметичном корпусе;
  • б) их выполняют на платах;
  • в) основной расчетный критерий — изгибная жесткость.
• 22. Наиболее употребительная формула для расчета модуля зацепления по измеренным параметрам:
  • а) т = р/п;
  • б) лг = 4,(z+ 2);
  • в) т = d (z — 2).
• 23. Формула для коэффициента ширины колеса:
  • а) = Ф
  • б) ?*. = Ь/а-

^в) ^Ьа = b/dy.

• 24. Как достигается точность относительного положения корпуса и крышки исследуемого в лаборатории редуктора?
• а) с помощью центрирующих штифтов и выступов;
• б) с помощью прокладок;
• в) все ответы верны.
• 25. С какой целью в корпусе редуктора предусматривают отверстия, закрываемые пробками или крышками?
• а) для слива смазки;
• б) для осмотра зацепления;
• в) все ответы верны.

Задачи.

1. Межосевое расстояние косозубой цилиндрической передачи внешнего зацепления а_п = 63 мм, модуль нормальный т_п = 1,25 мм. Зубчатые колеса нарезаются без смещения исходного контура, передаточное число и = 4,5. Определить угол наклона зубьев, число зубьев ведущей шестерни и ведомого колеса.

Решение. Предварительно задают р ~ 10°, cos р = 0,9848. Определяют число зубьев шестерни и колеса, используя формулу

из которой определяют число зубьев шестерни г, и колеса г₂ и уточняют угол наклона зубьев (3:

2. На рисунке представлены две кинематические схемы редукторов: а) одноступенчатый редуктор; б) двухступенчатый редуктор. Какое влияние оказывает промежуточное зубчатое колесо z₂ на величину передаточного числа и на направление вращения со₃ ведомого вала? Определить передаточное число м,₃ и угловую скорость со₃ ведомого вала, если z, = 18, z₂ = 25, z₃ = 72, о, = 135 рад/с.

• 3. Определить внешнее конусное расстояние R,. конической передачи и углы начальных конусов 5, и 5₂, если внешний окружной модуль т_е = 0,8 мм, число зубьев шестерни г, = 20, передаточное число и_и = 3,5.
• 4. Определить силы зацепления в конической передаче — тангенциальные F_r радиальные /?', осевые если заданы: момент на выходном валу Т₂ = 2 Н • м, передаточное число и, 2 = 3, модуль передачи m_v = 1 мм, число зубьев шестерни г, = 25, ширина шестерни Ь_х = 10 мм.
• 5. Определить модуль тп зацепления и передаточное число и_[2 червячной передачи, если заданы: межосевое расстояние а₁₂ = 48 мм, диаметр окружности вершин червячного колеса с1_л = 36 мм, число зубьев колеса z₂ = 32, число заходов червяка 2, = 2.
• 6. На рисунке представлена схема усилий в червячной передаче, где 1 — червяк, 2 — червячное колесо. Определить усилия в полюсе зацепления червячного редуктора, если известны: мощность на валу 1 червяка IV, = 30 Вт, угловая скорость вращения со, = 150 рад/с, КПД редуктора ц = 0,8, передаточное число редуктора и_п = 40, делительный диаметр червяка с/, = 16 мм, модуль зацепления rn = 1 мм, число заходов червяка 2, = 1.

• 7. Определить КПД червячного редуктора, если заданы параметры червяка: червяк двухзаходный 2, = 2, угловая скорость вращения со, = 140 рад/с, диаметр окружности вершин d_(ll =11,6 мм, осевой модуль m = 0,8 мм.
• 8. Рассчитать цилиндрическую, коническую или червячную передачи, если известны: момент на выходном валу Т₂, частота вращения выходного вата со₂, передаточное число передачи и.

По результатам расчета выполнить чертеж колеса или червяка на формате А4, проставить размеры с обозначением допусков на размеры, обозначения по шероховатости поверхностей. В таблицу параметров, расположенную в правой верхней части формата чертежа, занести основные данные для изготовления колес или червяка. В правом нижнем углу рабочего чертежа расположить основную надпись детали. Варианты заданий представлены в таблице ниже.

Варианты заданий, но теме «Расчет зубчатых и червячных передач».

Условные обозначения. Вид передачи: Ц — цилиндрическая, К — коническая, Ч — червячная; Т₂ — крутящий момент на тихоходном валу передачи, II • м; со₂ — угловая скорость тихоходного вала рад/с; и — передаточное число передачи.

• 9. Произвести расчет геометрических и кинематических параметров плоскоременной передачи, если частота вращения ведущего и, и ведомого п₂ шкивов соответственно равна 2880 и 2400 об/мин, ремень пленочный сечением Ь- 6 = 15−1 мм², диаметр ведущего шкива d_Xp = 80 мм, коэффициент упругого скольжения принять равным s = 0,01.
• 10. Определить количество ремней z сечением О (Z) и усилие F_H, действующее на валы клиноременной передачи, если известно: окружное усилие F_t = 60 Н, предварительное натяжение F₀ = 65,8 Н, расчетная мощность Р_р = 0,25 кВт, скорость движения ремня V= 4 м/с, угол охвата = 147°.
• 11. Определить диаметры делительных окружностей звездочек цепной передачи, если р_ц = 8 мм, z_x = 23, z₂ = 75.
• 12. По данным задачи 10 определить число звеньев цепи, если межоссвос расстояние передачи а = 300 мм.
• 13. Определить допускаемую мощность для фрикционного механизма, но данным примера, приведенного в гл. 21 (рис. 21.3), если катки 1, 3 и ролик 2 изготовлены из стали 45.

Указание. Коэффициенты трения, запаса сцепления и допустимые контактные напряжения [ст_н] для обеих фрикционных пар принять:/= 0,15, К = 3, [а_н] = 700 МПа. Допускаемые усилия F_U] определить из условия контактной прочности по формуле.

где b — длина линии контактами; Е — модуль упругости, равный 2,1 • 10⁵ МПа; р, и р₂ — главные радиусы кривизны в зоне контакта фрикционной пары — для пары «1 — 2» р, = D,/2 и р₂ = D₂/2, для нары «2 — 3» p_t = D₂/2 и р₂ = D,/2.

14. В приводе тележки используется фрикционная передача «каток 1 — направляющая 2» (см. рисунок). Определить допустимый крутящий момент | Г,] на ведущем катке 1, если дано: диаметр катка D = 50 мм и ширина 6 = 8 мм, обод катка футерован полиуретаном, направляющая изготовлена из алюминиевого сплава.

Указание. При расчетах коэффициент трения /, запас сцепления К и удельное давление [q] для фрикционной пары принять/= 0,6; К = 1,5; [q = 3 Н/мм.

15. Промежуточный вал двухступенчатого цилиндрическо-червячного редуктора (см. рисунок) получает вращение через косозубое колесо 1 и с помощью червяка 2 передает вращения червячному колесу. Крутящий момент на червяке равен Т= 2,4 Нм, КПД червячной передачи равен 0,85, остальные данные показаны на рисунке. Построить эпюры изгибающих и крутящего моментов.

• 16. По данным задачи 15 (см. рисунок задачи 15) определить запас статической прочности вала, если известно, что диаметр вала в опасном сечении 12 мм, допускаемое напряжение |а| = 160 МПа.
• 17. Через вал водила (см. рисунок) планетарной передачи передается крутящий момент 960 Н • мм. Полагая, что нагрузка делится поровну между сателлитами, определить напряжения в пальце сателлита, диаметр пальца в части, входящей в диск водила — 6 мм.

18. Вычислить коэффициент запаса усталостной прочности для вала из стали 40Х с нормализацией (IIB200−230). Пределы усталостной прочности, установленные по испытаниям образцов, составляют: при изгибе по симметричному циклу — 500 МПа, при кручении, но симметричному циклу — 270 МПа.

Рабочие напряжения изгиба, длительно действующие в расчетном сечении, меняются в пределах ±65 МПа, а рабочие напряжения кручения ±20 МПа. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений К_а = 2,1 и К_х = 1,5. Масштабный фактор 0,77. Коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла i_a = 0,15, |/_т = 0,10. Фактор качества поверхности 0,9.

• 19. При ремонте привода шарикоподшипник 107 был заменен шарикоподшипником 207. Динамическая грузоподъемность первого подшипника составляет 15 900 II, а второго — 25 500 Н. Каково увеличение среднего срока службы?
• 20. Шарикоподшипник радиальный однорядный 101 (d = 12 мм, С₀ = 2240 Н) рассчитали на чисто радиальную нагрузку 1000 Н. В результате монтажа подшипник оказался нагруженным дополнительно осевой силой 30 Н. Как изменилась приведенная нагрузка подшипника?
• 21. По данным задачи 15 (см. рисунок задачи 15) подобрать и проверить на статическую грузоподъемность подшипники, если известно, что диаметр вала под подшипниками 10 мм. Срок службы привода 5000 ч.
• 22. По данным примера, приведенного в гл. 24 (см. рис. 24.4), рассчитать подшипники вала привода стационарного робота.

Решение. В качестве опор вала выберем шариковые радиально-упорные однорядные подшипники легкой серии 36 027. Размеры подшипника d=l мм, D = 22 мм, b = 7 мм, [С = 3490 Н, |С_{) = 1548 Н^[1].

Проведем расчет подшипника па статическую грузоподъемность. Условие статической грузоподъемности шарикоподшипника имеет вид:

где С₀ — статическая грузоподъемность, Н; f_s — коэффициент надежности; Р₀ — эквивалентная статическая нагрузка, Н; [С₀] — допустимая статическая грузоподъемность, Н.

Величина/ зависит от требований и легкости вращения: при высоких/ = 1,2—2,5; нормальных/,. = 0,8—1,2; пониженных/. = 0,5—0,8. Выбираем/. = 1. Величина

где Х₀ и У₀ — коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок; F_r и F_a — радиальная и осевая нагрузка, Н.

Для шарикоподшипника 36 027 с углом контакта р = 12° по таблицам^[2] находим Х₀ = 0,5, У₍₎ = 0,43. Наиболее нагруженным является подшипник А (см. рис. 24.4), для него F_r = 53,3 Н, осевая нагрузка F_aZ = 8,3 Н. Подставляем эти данные в формулу для Р₀:

Величина С₀ = 1−30,3 Н. Сравнивая С₀ и [С₀], получим 30,3 Н < 15 501 548 Н. Проверка подшипника на выносливость заключается в определении динамической грузоподъемности С и сравнении этой величины с допустимым значением [С] для данного шарикоподшипника.

где Р — эквивалентная динамическая нагрузка на шарикоподшипник, Н; L — долговечность, млн обор.

где V — коэффициент вращения внутреннего кольца относительно нагрузки (для редукторов V = 1); F_r — радиальная нагрузка, Н; F — осевая нагрузка, Н; К_л — динамический коэффициент (при постоянной нагрузке К_х = 1, при переменной (K,_v = = 1,5…2); К_т— коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы на долговечность (при нормальной температуре К_т = 1); L_n — долговечность подшипника в часах (продолжительность работы); п — частота вращения внутреннего кольца в об-мин^-1.

Для выбранного подшипника 36 027 [С₀] = 1548 Н. Определяем отношение

Рассчитываем подшипник в точке А, который несет большую радиальную нагрузку F_r = R_a = 53,33 Н, а в точке В F_r= R_B = 33,87 Н.

Определяем е: при

Определяем FJVF_r и сравниваем с найденным значением е, F_a — суммарная осевая сила, действующая на подшипник в точке А (см. рисунок схемы нагружения), которую приближенно можно вычислить следующим образом:

где .

Определяем значения коэффициентов X и Y: X = 1; Y = 0.

Схема нагружения подшипников осевой силой Определяем Р:

Определяем L:

Определяем С и сравниваем с допустимым значением.

Условие работоспособности выполнено.

23. Глухая втулочная муфта (см. рис. 24.8), соединяющая вал двигателя с валом воздуходувки (диаметром d = 12 мм) с помощью призматических шпонок. Подобрать и проверить шпонки. Рассчитать втулку на прочность.

Принять: расчетный момент Г_р = 8,65 Н м, [а_см] = 100 МПа, [т_ср] = 60 МПа, К_Р] = 25 МПа.

Решение. Для d = 12 мм по табл. П5.1^[1] выбираем призматическую шпонку с размерами b х h = 4 X 4 мм. Определим рабочую длину шпонки по условиям прочности на смятие:

откуда

Определим рабочую длину шпонки по условиям прочности на срез: откуда.

Конструктивную длину шпонки определим из схемы (см. рисунок):

Округляем до ближайшего значения / = 14 мм по ряду 7?"40. Проверяем втулку на кручение:

где принято.

Прочность втулки обеспечена, так как т_кр = 6,22 МПа < [т_кр] = 25 МПа.

• 24. Подобрать и рассчитать кулачково-дисковую муфту, имеющую с!_л = 16 мм, со = 22 рад/с; Р = 850 Вт; [р] = 10 МПа.
• 25. Определить диаметр делительной окружности зубьев D₍₎ и длину зубьев b зубчатой муфты (см. рис. 24.12), если известны следующие данные: передаваемая муфтой мощность Р = 2,0 кВт; частота вращения муфты п = 30 об/мин; напряжение смятия [а_см] = 15 МПа, коэффициент длинны зуба у = b/D₍₎ = 0,12^-0,16.

Указание. При решении воспользуйтесь следующей формулой:

26. Из условия прочности определить размеры стыкового сварного соединения двух полос (см. рис. 24.19) толщиной h = 5 мм, нагруженным изгибающим моментом в плоскости полос М = 1 кН • м. Материал полос — сталь СТЗсп, [о]_р =160 МПа. Сварка — ручная электродами повышенного качества [ст]' = [а]_р. Возможность потери устойчивости полос не учитывать.

Решение. Толщина сварного шва равна толщине полос. Из условия прочности определяем ширину полос Ь. Поскольку максимальное напряжение в шве о' = = 6М/(Л • b²), то.

Принимаем: размеры полосы 88×5 мм; длина сварного шва 88 мм, толщина сварного шва 5 мм.

27. Определить усилие Тдля нахлесточного соединения (см. рис. 24.23) двух полос, если дано: толщина листов 10 мм, длина фланговых швов равна 50 катетам.

Указание. Принять катет шва равным толщине полос.

28. При испытаниях на действие линейных ускорений микросхемы закрепляются выводами в зажимном устройстве. Проверить прочность выводов корпуса (см. рисунок задачи 23) на растяжение, прочность паяного соединения корпуса с выводом на срез. Подобрать усилие прижима выводов в зажимном устройстве.

В расчетах принять', вес микросхемы т = 3*10 ^Зкг, количество выводов корпуса п = 16, линейное ускорение, действующее на микросхему а = 103g, допустимое напряжение на растяжение для материала выводов [а]_р = 200 МПа. Допустимое напряжение на срез паяного соединения [т]'_ср =10 МПа, коэффициент трения материала зажима по материалу вывода в зажимном устройстве/= 0,25.

Решение. Нормальное напряжение в выводе микросхемы определяем из соотношения:

Поскольку, а < [а]_р, то прочность вывода на растяжение обеспечена.

Касательное напряжение среза в паяном соединении определяем по формуле.

Поскольку т_ср < [т]'_ср, то условие прочности выполняется.

Усилие в зажиме F определяем из условия 2 Ffn> т а, тогда.

• [1] Элементы механических устройств: учеб, пособие / под ред. В. 3. Гребенкина. М.: МИЭТ, 1997.
• [2] Элементы механических устройств: учеб, пособие / под ред. В. 3. Гребенкина. — М. :МИЭТ, 1997.
• [3] Элементы механических устройств: учеб, пособие / под ред. В. 3. Гребенкина. М.: МИЭТ, 1997.