Учебно-методические комплексы

Подробнее

13 Расчет червячных передач 2
14 Расчет плоскоременной передачи 2
15 Расчет цепной передачи 2
16 Расчет цилиндрической зубчатой передачи 4
Итого 14
3. Методические рекомендации по выполнению практических занятий
✓ Записать условия задачи, составить расчетную схему, проанализировать физическую сущность задачи.
✓ Решение вести по пунктам, указывая, что именно определяется в каждом пункте.
✓ Каждый пункт должен содержать расчетную формулу в общем виде.
✓ После вывода окончательной формулы перейти к численному решению.
✓ Перед подстановкой числовых данных все исходные величины привести к единым согласованным единицам измерения.
✓ Анализ результата: оценка правильности по правдоподобию числового результата; разбор возможных методов контроля; анализ с точки зрения подтверждения теоретических положений; приведение результата к ГОСТам.
4. Практическое занятие № 12. Кинематический и силовой расчет привода конвейера
Цель: подобрать электродвигатель для привода конвейера и рассчитать его основные кинематические параметры.
Исходные данные: тяговая сила F_т (кН), скорость ленты v (м/с), диаметр барабана D (мм), передаточное число редуктора u (зубчатая/цепная).
Порядок расчета:
Определение требуемой мощности электродвигателя:
✓ P_общ = (F_т · v) / η_общ.
✓ η_общ = η_рем · η_зуб · η_цеп · η_муф · η_пк³ (КПД каждой кинематической пары — по таблице 3: закрытая зубчатая цилиндрическая 0,96-0,98; ременная 0,94-0,96; цепная 0,92-0,95; муфта 0,98; подшипники качения 0,99-0,995).
Определение частоты вращения ведомого вала привода:
✓ n_в = 60000 · v / (π · D_б).
Выбор электродвигателя: по условию P_общ ≤ P_д из таблицы 4 (асинхронные двигатели серии 4А, синхронная частота 1000 об/мин). Определяются тип двигателя, мощность, габаритные размеры.
Определение общего передаточного числа привода: u_общ = n_д / n_в.
Разбивка общего передаточного числа по передачам: u_общ = u_рем · u_зуб · u_цеп. Выбор стандартных значений.
Определение частот вращения и вращающих моментов на валах:
✓ Частота вращения: n_2 = n_1 / u.
✓ Вращающий момент: M_1 = 9550 · P_1 / n_1 (Н·м); M_2 = M_1 · u · η.
Заполнение контрольной таблицы 6 (кинематические параметры привода): мощность P, передаточное число u, КПД η, частота вращения n, вращающий момент M для каждого вала (двигатель, ременная передача, зубчатая передача, цепная передача, барабан конвейера).
Вычерчивание кинематической схемы привода (рис. 1) с обозначением элементов по ГОСТ 2.770-68 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах».
5. Практическое занятие № 13. Расчет червячных передач
Цель: произвести расчет закрытой червячной передачи.
Исходные данные: мощность на валу червяка P_1 (кВт), частота вращения червяка n_1 (об/мин), передаточное число u, вращающий момент на валу червячного колеса M_2 (Н·м).
Порядок расчета:
Выбрать материал червяка и колеса: червяк — хромистая сталь 40Х, улучшенная до HRC 30...35; венец колеса — БрАЖ9-4Л; колесо центробежное — улучшенная сталь 15.
Определить число зубьев колеса: при заданном u и минимальном числе заходов червяка z_1 = 2 (при u ≤ 28), z_2 = z_1 · u.
Определить угловую скорость колеса: ω_2 = ω_1 / u (рад/с). Принять КПД передачи η = 0,82.
Проектный расчет на контактную прочность: определение межосевого расстояния a_ω по формуле с использованием допускаемого контактного напряжения [σ_H] и коэффициентов K_Hβ, K_Hv.
Проверочный расчет зубьев червячного колеса на изгиб: σ_F2 = (1,5 · Y_F2 · K_Fβ · K_Fv · cosγ · T_2) / (d_1 · d_2 · m) ≤ [σ_F2].
Определение основных геометрических параметров червяка и колеса:
✓ Модуль m = 2 · a_ω / (q + z_2).
✓ Делительный диаметр червяка: d_1 = q · m.
✓ Диаметр вершин червяка: d_a1 = d_1 + 2h_a.
✓ Диаметр впадин червяка: d_f1 = d_1 — 2h_f.
✓ Ход резьбы червяка: p = π · m.
✓ Длина нарезной части червяка: b_1 = (11 + 0,06z_2) · m.
✓ Делительный диаметр колеса: d_2 = z_2 · m.
✓ Диаметр вершин колеса: d_a2 = d_2 + 2h_a.
✓ Диаметр впадин колеса: d_f2 = d_2 — 2h_f.
✓ Наружный диаметр червячного колеса: d_am = d_a2 + 1,5m.
Контрольные вопросы: отличие червячной передачи от зубчатой; определение передаточного числа; выбор материалов; почему проектный расчет ведется по контактным напряжениям; тепловой расчет; проектная формула и ее анализ.
6. Практическое занятие № 14. Расчет плоскоременной передачи
Цель: рассчитать основные параметры, размеры, усилия и напряжения в ветвях плоскоременной передачи.
Исходные данные: мощность на ведущем шкиве P_д (кВт), передаточное число u_рем, КПД η_рем, частота вращения ведущего шкива n_д (об/мин), вращающий момент M_д (Н·м).
Порядок расчета:
Выбрать материал ремня (прокладка БКНЛ-65 или ТА-150), количество прокладок i (по таблице 2 в зависимости от ширины ремня и диаметра шкива), толщину прокладки (1,2 или 1,3 мм).
Определение диаметров шкивов:
✓ D_1 ≥ (52...64)·∛(M_1).
✓ D_2 = u_рем · D_1. (Округлить по стандарту).
Определение геометрических параметров:
✓ Межосевое расстояние: a_min ≥ 1,5(D_1 + D_2); a_max ≤ 2(D_1 + D_2).
✓ Угол обхвата на малом шкиве: α_1 = 180° — ((D_2 — D_1)/a)·57°. Должно быть α_1 ≥ 150°.
✓ Угол между ветвями ремня: γ = (180° — α_1)/2.
✓ Расчетная длина ремня: L_p = 2a + π(D_1 + D_2)/2 + (D_2 — D_1)²/(4a).
Определение частоты пробегов ремня: Π = v / L_p ≤ 10 об/с.
Определение окружной силы: F_t = 2000 · M_1 / D_1.
Определение допускаемой удельной нагрузки: [q] = [q]_0 · C_0 · C_α · C_v / C_p, где C_α — коэффициент угла обхвата; C_v — коэффициент влияния центробежных сил; C_p — коэффициент динамичности нагрузки.
Определение ширины ремня: b ≥ F_t / (i · [q]).
Определение силы предварительного натяжения: F_0 = b · i · q_0 (q_0 = 2 Н/мм для натяжения грузом при a ≤ 2(D_1+D_2); 2,25 при a > 2(D_1+D_2); 2,5 при автоматическом натяжении).
Определение нагрузки на валы: R = 2F_0 · sin(α_1/2).
Заполнение контрольной таблицы и выполнение чертежа схемы передачи сбоку с указанием габаритных размеров, межосевого расстояния, диаметров шкивов, углов обхвата и между ветвями, направления и значения скорости.
Контрольные вопросы: определение передаточного числа; выбор диаметра шкива; определение сил натяжения в ветвях; сущность упругого скольжения и отличие от буксования; передаточное число с учетом упругого скольжения; цель предварительного натяжения; напряжения в ветвях; тяговая способность; факторы, влияющие на усталостное разрушение; способы натяжения.
7. Практическое занятие № 15. Расчет цепной передачи
Цель: рассчитать основные параметры, размеры, силы и неравномерность скорости движения цепи.
Исходные данные: мощность P_2 (кВт) на ведомом валу зубчатой передачи, передаточное число u_цеп, частота вращения ведущей звездочки n_1 (об/мин), вращающий момент M_2 (Н·м), межосевое расстояние a (мм).
Порядок расчета:
Выбор приводной роликовой цепи по шагу: P = 4,5·∛(T_1). Выбрать ближайшее значение и соответствующую площадь проекции шарнира A (по таблице 2).
Определение числа зубьев звездочек:
✓ Для роликовых и втулочных цепей: z_1min = 29 — 2u.
✓ Для зубчатых цепей: z_1min = 38 — 3u.
✓ z_2 = z_1 · u.
Определение коэффициента эксплуатации K_э = K_д · K_а · K_н · K_рег · K_см · K_р (коэффициенты динамичности, межосевого расстояния, наклона передачи, регулировки, смазки, режима работы).
Определение допускаемого давления в шарнирах [p] = 34,6 МПа (по таблице 3 в зависимости от шага цепи и частоты вращения).
Проверка условия: p = K_э · F_t / A ≤ [p], где F_t = 2·M_2 / (d_1).
Определение длины цепи в шагах: L_p = 2a_p + (z_1 + z_2)/2 + (z_2 — z_1)²/(4π²·a_p), где a_p = a/t (число шагов в межосевом расстоянии). Округлить до четного числа.
Уточнение межосевого расстояния.
Определение силы давления цепи на вал: R = F_t · K_в.
Определение коэффициента неравномерности скорости.
Контрольные вопросы: основные характеристики и достоинства/недостатки цепных передач; обоснование выбора цепи; число зубьев звездочек; критерии работоспособности; коэффициент эксплуатации; натяжные устройства; способы смазывания.
8. Практическое занятие № 16. Расчет цилиндрической зубчатой передачи
Цель: рассчитать основные параметры, размеры и силы в зацеплении закрытой косозубой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора.
Исходные данные: мощность P_1 (кВт), передаточное число u_зуб, частота вращения n_1 (об/мин), вращающий момент M_1 (Н·м).
Порядок расчета:
Предварительный расчет: выбор материала (сталь 40ХН), термообработка, определение допускаемых напряжений.
Определение межосевого расстояния: a_ω = K_a · (u + 1) · ∛( (T_1 · K_Hβ) / (ψ_ba · u · [σ_H]²) ).
Определение основных параметров:
✓ Ширина венца: b_2 = ψ_ba · a_ω; b_1 = b_2 + 5.
✓ Нормальный модуль: m_n ≥ K_m · (M_1 · K_Fβ · (u + 1)) / (a_ω · b_2 · [σ_F2]).
✓ Суммарное число зубьев и угол наклона: z_Σ = 2 · a_ω · cosβ / m_n.
✓ Числа зубьев: z_1 = z_Σ / (u + 1); z_2 = z_Σ — z_1.
Геометрический расчет:
✓ Делительные диаметры: d_1 = m_n · z_1 / cosβ; d_2 = m_n · z_2 / cosβ.
✓ Диаметры вершин: d_a1 = d_1 + 2m_n; d_a2 = d_2 + 2m_n.
✓ Диаметры впадин: d_f1 = d_1 — 2,5m_n; d_f2 = d_2 — 2,5m_n.
Определение окружной скорости: v = π · d_1 · n_1 / 60000. Назначение степени точности (6-я — до 30 м/с, 7-я — до 15 м/с, 8-я — до 10 м/с, 9-я — до 4 м/с).
Определение сил в зацеплении (рис. 2):
✓ Окружная сила: F_t = 2000 · M_1 / d_1.
✓ Радиальная сила: F_r = F_t · tgα / cosβ (α = 20°).
✓ Осевая сила: F_a = F_t · tgβ.
Заполнение контрольной таблицы и выполнение чертежа схемы передачи (два вида: сверху и сбоку) с указанием габаритных размеров, межосевого расстояния, чисел и нормального модуля зубьев, угла наклона зубьев, направления скорости вращения шестерни (рис. 3).
Контрольные вопросы: передача нагрузки в зубчатой передаче; параметр работоспособности; причины усталостного выкрашивания и поломки зубьев; условия оценки работоспособности; вид деформации при объемном нагружении; расчетные удельные нагрузки; особенности расчета шевронных и косозубых передач.
9. Критерии оценивания практического занятия
Оценка «5»: работа выполнена в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности; расчеты выполнены верно; студент свободно владеет теоретическим материалом; работа оформлена аккуратно, в соответствии с требованиями.
Оценка «4»: работа выполнена правильно, но имеются неточности в расчетах или оформлении; студент владеет теоретическим материалом, но допускает несущественные ошибки.
Оценка «3»: работа выполнена не в полном объеме, имеются грубые ошибки в расчетах; студент слабо владеет теоретическим материалом; оформление небрежное.
Оценка «2»: расчеты выполнены неверно, работа не соответствует требованиям; студент не владеет теоретическим материалом.
10. Информационное обеспечение
✓ Версина Л.П. Техническая механика: учебник для среднего профессионального образования. — М.: Издательский центр «Академия», 2012.
✓ Мархель И.И. Детали машин: учебник. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010.
✓ Решетов Л.П. Детали машин. — М.: Машиностроение, 2011.
✓ Эрдеди А.А. Детали машин: учебник для машиностроительных спецвузов. — М.: Издательский центр «Академия», 2010.

Подробнее

— Для всех исходных и вычислительных физических величин указывать размерности.
— На каждой странице оставлять поля 3-4 см для замечаний проверяющего.
— После получения прорецензированной работы исправить отмеченные ошибки, выполнить все указания преподавателя, повторить недостаточно усвоенный материал.
— Незачтенные контрольные работы подлежат повторному выполнению.
— Задания, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту.
2. Контрольная работа № 1. Теоретическая механика (Статика, кинематика, динамика)
Вопросы для подготовки (10 вопросов):
✓ Что изучает техническая механика?
✓ Плоская система сходящихся сил. Условие равновесия.
✓ Плоская система произвольно расположенных сил. Условие равновесия.
✓ Пространственная система сил. Условия равновесия.
✓ Центр тяжести тела. Определение центра тяжести плоской однородной фигуры.
✓ Основные понятия кинематики (траектория, перемещение, путь, скорость, ускорение).
✓ Принцип Даламбера.
✓ Что изучает динамика? Две основные задачи динамики.
✓ Основные формулы динамики вращательного движения (момент силы, работа, мощность, кинетическая энергия).
✓ Что такое механизм? КПД механизма, какие значения может принимать КПД?
Варианты (3 варианта по 7 вопросов):
✓ Вариант 1: определение статики; принцип освобождаемости от связей; отличие сходящихся сил от произвольно расположенных; основные уравнения равновесия пространственной системы сил; наличие ускорения при равномерном движении по криволинейной траектории; определение КПД; принцип Даламбера.
✓ Вариант 2: определение динамики; абсолютно твердое тело; отличие активных сил от пассивных; центр тяжести тела; траектории точек при поступательном движении; основной закон динамики (второй закон Ньютона); система материальных точек.
✓ Вариант 3: определение кинематики; эквивалентные системы сил; плоская и пространственная системы сил; момент силы относительно точки; способы определения центра тяжести; мгновенный центр скоростей; работа силы тяжести и ее независимость от траектории.
Критерии оценки: K_a = A/P, где A — количество правильных операций, P — количество существенных операций. Шкала: K_a = 1-0,9 — «5»; 0,89-0,8 — «4»; 0,79-0,7 — «3»; менее 0,7 — «2».
3. Контрольная работа № 2. Сопротивление материалов
Вопросы для подготовки (35 вопросов):
✓ Основные задачи сопротивления материалов. Деформации. Основные гипотезы и допущения.
✓ Классификация нагрузок и элементов конструкций. Силы внешние и внутренние.
✓ Метод сечений. Механические напряжения: полное, нормальное, касательное.
✓ Определение напряжений при растяжении и сжатии. Эпюры продольных сил и нормальных напряжений.
✓ Диаграммы растяжения и сжатия пластичных и хрупких материалов. Механические характеристики материалов.
✓ Методика расчета на прочность при растяжении и сжатии.
✓ Геометрические характеристики плоских сечений. Осевые, центробежные и полярные моменты инерции. Главные оси и главные моменты инерции.
✓ Осевые и полярные моменты инерции простейших сечений.
✓ Определение главных центральных моментов инерции составных сечений.
✓ Кручение бруса круглого поперечного сечения. Определение касательных напряжений. Эпюры крутящих моментов.
✓ Методика расчета на прочность и жесткость при кручении.
✓ Внутренние силовые факторы при изгибе. Определение нормальных и касательных напряжений.
✓ Методика расчета на прочность, жесткость и устойчивость при изгибе. Рациональные формы поперечных сечений балок.
✓ Устойчивость сжатых стержней. Критическая сила. Формула Эйлера. Гибкость стержня.
✓ Расчет на устойчивость сжатых стержней.
Варианты (7 вариантов, 4 вопроса + 1 задача):
✓ Вариант 1: назначение метода сечений; обозначение модуля упругости 1 рода и коэффициента Пуассона; смятие, определение напряжения при смятии; напряжения при изгибе; задача на определение нормальных напряжений и линейной деформации при растяжении полосы.
✓ Вариант 2: закон Гука при растяжении (сжатии); предел применимости закона Гука; полярный момент сопротивления; устойчивость; задача на определение модуля упругости при сдвиге по E и μ.
✓ Вариант 3: относительное удлинение; напряжения при кручении; внутренние силовые факторы при изгибе; расчет бруса при совместном действии изгиба и кручения; задача на определение напряжений среза и смятия заклепки.
✓ Вариант 4: эпюры для расчета на прочность при растяжении; напряжения при кручении; условие жесткости при кручении; полярный момент инерции; задача на определение перемещения сечения при растяжении.
✓ Вариант 5: построение эпюры крутящих моментов; определение диаметра вала по условию прочности; угол закручивания; эквивалентный момент по третьей теории прочности; задача на определение диаметра вала при изгибе и кручении.
✓ Вариант 6: предел применимости закона Гука; обозначение E и μ; смятие; напряжения при изгибе; задача на вычисление полярного момента сопротивления сплошного вала.
✓ Вариант 7: закон Гука при растяжении (сжатии); назначение метода сечений; полярный момент сопротивления; устойчивость; факторы, влияющие на предел выносливости; задача на определение коэффициента запаса прочности.
Критерии оценки: аналогичны контрольной работе № 1.
4. Контрольная работа № 3. Детали машин
Вопросы для подготовки (35 вопросов):
✓ Из каких механизмов состоит машина? Что такое механизм? Кинематические пары.
✓ Критерии работоспособности машин. Условное изображение кинематических пар и муфт.
✓ Неразъемные и разъемные соединения деталей.
✓ Фрикционные передачи. Зубчатые передачи (виды, преимущества, недостатки).
✓ Модуль зубчатого колеса. Отличие червячного колеса от цилиндрического прямозубого.
✓ Конические зубчатые передачи. Цепные передачи (достоинства, недостатки).
✓ Передаточное отношение и передаточное число.
✓ Вал и ось. Подшипники скольжения. Подпятник. Опоры вращающихся деталей.
✓ Назначение муфт. Нерасцепляемые и расцепляемые муфты. Предохранительные муфты.
✓ Пружины и рессоры. Безлюфтовая передача.
✓ Передачи винт-гайка (профили резьбы, ШВП).
✓ Корпусные детали. Кулисные механизмы. Реечные передачи. Кривошипно-шатунный механизм.
✓ Материалы корпусных деталей. Типы редукторов.
Тестовые задания (50 вопросов с выбором ответа):
№ Вопрос (кратко) Ответ
1 Самый неблагоприятный цикл перемены напряжений Симметричный (в)
2 Какой расчет не производят при проверке клепаных соединений На изгиб (б)
3 КПД механической передачи — это Отношение мощности на ведомом валу к мощности на ведущем (г)
4 Какие зубья не бывают в конических зубчатых колесах Шевронные (в)
5 В какой передаче с промежуточной гибкой связью нагрузка на валы наименьшая Плоскоременная (в)
6 Передаточное число многоступенчатой передачи 50 (а)
7 Основной критерий работоспособности хорошо смазываемых зубчатых передач Усталостная контактная прочность (г)
8 Что не относится к устройствам для снижения вибрации Зубчатая передача (а)
9 Какой процесс не применяется при проектировании деталей Поэтапный расчет (б)
10 Развитию микротрещин при циклических контактных напряжениях содействует Отсутствие смазки (а)
11 Разъемное соединение Шлицевое (в)
12 Вид зубчатой передачи на рисунке Косозубая цилиндрическая (в)
13 Расчетный диаметр заклепки Диаметр стержня (б)
14 Винтовая линия цилиндрической резьбы при развертке Гипотенуза прямоугольного треугольника (б)
15 Не относится к ременным передачам Зубчатая (в)
16 Циклы напряжений при переменных нагрузках Асимметричный (б)
17 Причина верхнего расположения червяка Улучшение условий смазки (в)
18 КПД многоступенчатого привода Произведение КПД всех передач (а)
19 Изменение контактных напряжений по Герцу при увеличении нагрузки в 4 раза Увеличатся в 2 раза (а)
20 Когда предпочтительнее соединение шпилькой При частой разборке (в)
21 Надежность — свойство изделия Сохранять работоспособность при применении, хранении, транспортировке (г)
22 Передачи, осуществляющие передачу мощности посредством сил трения Фрикционная и ременная (а)
23 Основная причина усталостного разрушения Циклическое действие контактных напряжений (а)
24 Не достоинство клепаных соединений Образование концентратов напряжений (а)
25 Формула для диаметра вершин зубьев цилиндрического колеса m(z+2) (а)
26 Что является узлом по определению Роликовый подшипник (а)
27 Влияние абсолютных размеров поперечного сечения на предел выносливости Чем больше размер, тем меньше предел выносливости (в)
28 Вид зубчатой передачи на рисунке Планетарная коническая (в)
29 Основной критерий при расчетах на контактную прочность Усталостное разрушение сопряженных поверхностей (в)
30 Неразъемное соединение Клепаное (а)
31 Причина выхода из строя подшипников качения Усталостное выкрашивание дорожек качения (в)
32 Не относится к достоинствам зубчатых передач Шумность работы (б)
33 Назначение пружин Аккумулирование механической энергии (б)
34 Расчет на контактную прочность для закрытых зубчатых передач Проверочный (а)
35 Не относится к передачам зацеплением Клиноременная (г)
36 Не относится к основным критериям для расчета деталей Декоративность (в)
37 Что не влияет на предел выносливости Масса изделия (б)
38 Основная причина выхода из строя зубчатых передач, работающих в масле Усталостное выкрашивание (г)
39 Передаточное число зубчатой передачи 2,5 (б)
40 Какие муфты не применяют в промышленности Слепые (в)
41 Причина выхода из строя открытых зубчатых передач Износ рабочей поверхности зуба (г)
42 Условие работоспособности фрикционной передачи Сила трения должна превышать передаваемую окружную силу (б)
43 Основная энергетическая характеристика редуктора Номинальный вращающий момент T₂ (б)
44 Передаточное число одноступенчатой передачи ω₁/ω₂ (в)
45 Усилия затягивания при сборке резьбового соединения Осевая сила в стержне винта и силы трения в резьбе (г)
46 Требование к материалу заклепок Однородность с материалом соединяемых деталей (г)
47 Не относится к достоинствам резьбовых соединений Наличие концентраторов напряжений (а)
48 Какие нагрузки не удерживает шпоночное соединение Осевые нагрузки (г)
49 По каким критериям рассчитываются шпоночные соединения Срез и смятие (б)
50 Какой элемент червячной передачи сильнее всего лимитирует ее работоспособность Червячное колесо (б)
Критерии оценки: аналогичны контрольным работам № 1 и 2.
5. Библиографический список
Основные источники:
✓ Ермаков Д.А., Сафонова Г.Г., Артюховская Т.Ю. Техническая механика. — М.: ИНФРА-М, 2010.
✓ Мархель И.И. Детали машин: учебник. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010.
✓ Эрдеди А.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов. — М.: Академия, 2008.
✓ Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Детали машин. — М.: Высшая школа, 2006.
Дополнительные источники:
✓ Аркуша А.И. Руководство к решению задач по теоретической механике. — М.: Высшая школа, 2006.
✓ Ицкевич Г.М., Минин М.С. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. — М.: Высшая школа, 2006.
✓ Митюшов Е.А., Берестова С.А. Теоретическая механика: учебное пособие. — М.: Академия, 2006.