125376 (Расчет заклепочных швов), страница 4

3. Эффективной мерой повышения надежности является хорошая система смазки, правильный выбор сорта масла, рациональная система подвода смазки к трущимся поверхностям, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли и грязи) путем размещения изделий в закрытых корпусах, установка эффективных уплотнений и т.п.

4. Если условия эксплуатации таковы, что возможны случайные перегрузки, то в конструкции следует предусматривать предохранительные устройства (предохранительные муфты или реле максимального тока).

5. Конструируемая машина должна отвечать требованиям унификации и стандартизации [8].

а). Унификация - рациональное сокращение многообразия видов, типов и типоразмеров изделий одинакового функционального назначения. Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т.д., или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск иной продукции.

б). Стандартизация — установленные и применение единообразия и обязательных требований к изделиям и продукции массового производства.

Унификация и стандартизация позволяют организовать серийное и массовое производство деталей и сборочных единиц на специализированных предприятиях, приводят к уменьшению трудоемкости и стоимости изготовления, повышению качества и увеличению долговечности деталей, сокращают время конструирования и освоения новых машин, обеспечивают взаимозаменяемость деталей [21].

Величина коэффициента унификации служит одним из показателей качества конструкторской разработки проекта машин. Этот коэффициент показывает насколько велико использование в проекте стандартных деталей, заимствованных из других аналогичных машин.

Коэффициент унификации машины (узла) может быть определен по количеству наименований (типоразмеров) К и по количеству деталей К_д:

К_Т = ·100%,= ·100% ≈ 69%, (9)

где n – общее количество наименований деталей по спецификации;

n - количество оригинальных наименований деталей, т.е. не стандартных и не зависимых из других конструкций:

К_д = ∙100%,= ∙100% ≈ 69%, (10)

где N – общее количество деталей в узле, машине;

N₀ - количество оригинальных деталей.

Взаимозаменяемость - свойство деталей и узлов, позволяющее заменять их без дополнительной обработки с сохранением всех требований к работе данной машины. Взаимозаменяемостью могут обладать не только отдельные детали, но и сборочные единицы. Так, в различных редукторах могут быть взаимозаменяемыми зубчатые колеса, валы, подшипники, крышки подшипниковых узлов и др. В различных машинах сами редукторы могут быть взаимозаменяемыми [19].

Качественным показателем этого принципа конструирования изделия служат коэффициент стандартизации К_СТ и коэффициент преемственности К_ПР:

К = , (11)

где Z_СТ - число стандартных изделий в конструкции;

Z_КР - число стандартных крепежных изделий;

Z₀ - общее число изделий в новой разработке.

Коэффициент К_ПР определяет степень применения стандартных деталей (узлов) по сравнению с общим числом изделий в разрабатываемой конструкции:

К = , (12)

где Z - число изделий, заимствованных из других разработок;

Z -число стандартных крепежных изделий;

Z - общее число изделий в новой разработке.

При определении коэффициентов К_СТ и К_ПР значения Z , Z , Z определяют по спецификации.

6. Для многих машин большое значение имеет ремонтопригодность. Отношение времени простоя в ремонте к рабочему времени является одним из показателей надежности. Конструкция должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра и замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями. В конструкции желательно выделить так называемые ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно сокращает ремонтный простой машины [3].

Перечисленные факторы позволяют сделать вывод, что надежность является одним из основных показателей качества изделия. По надежности изделия можно судить о качестве проектно-конструкторских работ, производства и эксплуатации.

5. Расчет заклепочных швов

Основными нагрузками для заклепочных швов являются продольные силы, стремящиеся сдвинуть соединяемые детали одну относительно другой. При нагружении заклепочного соединения продольными силами (в пределах сил трения на поверхности контакта) нагрузка передается силами трения. Затем в работе начинают принимать участие тело заклепки, подвергаясь изгибу, смятию и сдвигу (срезу) [26].

В плотном соединении необходимо, чтобы вся внешняя нагрузка во избежании местных сдвигов воспринималась силами трения.

Расчет заклепок в соединении, находящимся под действием продольной нагрузки, сводится по форме, в первую очередь, к расчету их на срез. Трение в стыке учитывается при выборе допускаемых напряжений на срез. При центральном действии нагрузки предполагается равномерное распределение сил между заклепками. В односрезном заклепочном соединении допускается' нагрузка, отнесенная к одной заклепке (Рис.9):

F ≤ , (13)

где d - диаметр стержня заклепки, мм;

- условное допускаемое напряжение заклепки на срез Н/мм².

Необходимое число заклепок при центральнодействующей нагрузке (10, 11) определяется по формуле:

Z = = , (14)

Рис.9 Расчетная схема односрезного заклепочного шва

Рис. 10 Схема односрезного шва, вид сверху

Рис. 11 Расчетная схема двухсрезного заклепочного шва

6. Основные формулы расчета заклепочных швов на прочность

1. Расчет заклепочных соединений на срез;

τ = , (проверочный расчет) (15)

Z= , (проектный расчет) (16)

2. Расчет заклепочных соединений на смятие:

σ = (проектный расчет), (17)

Z = (проектный расчет), (18)

3. Расчет металлических полос в сечении, ослаблением отверстиями под заклепки:

σ= , (19)

где А = δ ·Z (в-d) мм

4. Расчет заклепочных соединений на срез концевых участков деталей

τ= . (20)

7. Соединения деталей с натягом и их расчет

Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и т.д. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую [13].

Рис. 12 Перед запрессовкой Рис. 13 После запрессовки

Натягом называют положительную разницу диаметров вала и отверстия N=A-B.После сборки вследствие упругих деформаций диаметр d посадочных, поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное давления и соответствующие ему силы трения (Рис.12,13,14). Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки. Сборку соединений с натягом выполняют тремя способами: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала [8].

Рис.14 Схема соединения с гарантированным натягом по цилиндрической поверхности

7.1 Определение прочности соединения

Давление на посадочной поверхности соединяемых деталей с натягом должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних F >F сдвигающих сил. Здесь возможны три случая [7]:

1. Условия прочности соединения, при нагружении осевой силой (Рис.15):

Рис.15 Схема запрессовки при нагрузке осевой силой

F ≤ , (21)

где F - осевая сила, Н;

k - коэффициент запаса сцепления, принимает до 1,5...2;

d и l - диаметр и длина посадочной поверхности, мм;

q - давление на посадочную поверхность, Н/мм²;

f- коэффициент трения.

2. Условие прочности соединения при нагружении крутящим моментом

T ≤ , (22)

где Т - крутящий момент, Н·мм.

3. При одновременном нагружении крутящим моментом и сдвигающей осевой силой расчет ведут по равнодействующей окружной и осевой сил (Рис.16):

Рис, 16 Схема запрессовки осевой силы и крутящим моментом

F = , (23)

Условие прочности:

F ≤ , (24)

Отсюда:

q≥ . (25)

При практических расчетах соединений стальных и чугунных деталей рекомендуется принимать значения коэффициентов трения:

f=0,08... 0,1 при сборке прессованием и

f=0,12... 0,14 при сборке нагревом или охлаждением

для деталей из стали и латуни f=0,05...0,07.

Найдя q и используя зависимость между δ и q, определяют необходимый средний расчетный натяг δ :

δ =qd , (26)

d <d<d

где С = , (27)

С = , (28)

С ,С - коэффициенты, зависящие от размеров деталей и механических свойств машин;

d -номинальный посадочный диаметр, мм;

d - диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала d =0/мм);

d - наружный диаметр охватывающей детали, мм;

Е Е - модули упругости материала охватываемой и охватывающей деталей H/мм²;

γ γ - коэффициент Пуассона материалов соединяемых деталей.