Министерство образования Саратовской области Государственное бюджетное образовательное учреждение Саратовской области среднего профессионального образования
Скачать 197 Kb.
|
| Министерство образования Саратовской области Государственное бюджетное образовательное учреждение Саратовской области среднего профессионального образования «Балаковский политехнический техникум» «Исследование прочности вала» Дисциплины: Инженерная графика, компьютерная графика, техническая механика, материаловедение Выполнили студенты 2 курса: Ерохин Кирилл, Кутателадзе Георгий Руководители: Новикова Л.И., Рязаева О.Ю. Балаково 2013 Содержание Введение Машиностроение – базовая отрасль экономики нашей страны.Она является основой развития промышленности и обеспечивает конкурентоспособность российского товаропроизводителя на мировом рынке. От масштабов научных исследований и создания на их основе инноваций зависит, в конечном счете, уровень и качество жизни, стабильный рост экономики нашей страны. Технологическое оборудование, машины и аппараты – материальная база любого производства. Основными критериями их работоспособности являются прочность, жесткость и износостойкость. Машины и механизмы состоят из деталей, поэтому эти требования предъявляются, прежде всего, к ним. В данном проекте рассматривается проблема прочности вала. Валы относятся к деталям общего назначения, так как применяются в большинстве машин и механизмов. Этим объясняется актуальность данной проблемы и необходимость ее решения инновационными методами на всех этапах: проектирование детали, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт. Проект «Исследование прочности вала» - интегрированный, так как основан на применение знаний и умений общепрофессиональных дисциплин: инженерная графика, компьютерная графика, техническая механика и материаловедение. В основной части работы представлен расчет промежуточного вала редуктора.Для сравнения приводится расчет сечения пустотелого вала и делается вывод о рациональности сечения. В экспериментальной части проекта представлены результаты сравнения прочностных качеств валов, выполненных из разных материалов и разного сечения.Для этого используются разнообразные прикладные библиотеки «КОМПАС». В работе рассматриваются также современные методы упрочнения деталей, их достоинства и недостатки. В заключительной части работы делается вывод о значимости прочности деталей, о возможных путях решения поставленной проблемы, о полученном собственном опыте при работе над проектом. 1 Цели и этапы проекта Целью данной работы является: - применение знаний и практических умений расчета и конструирования деталей машин; - рассмотрение проблемы прочности на примере детали – вал; - расчет диаметра промежуточного вала редуктора на сочетание основных деформаций с применением гипотезы максимальных касательных напряжений, подбор кольцевого сечения вала и сравнение двух вариантов; - исследование вала принятого диаметра на прочность с применением инновационных технологий и анализ полученных результатов; - рассмотрение и анализ методов упрочнения материалов; - расширение общего технического кругозора; - приобретение навыков исследовательской работы с применением информационных технологий. В работе над проектом были определены следующие этапы: Подготовка: - определение проблемы и вытекающих из нее целей и задач; -обсуждение методов исследования. Планирование: - определение источников информации; - определение способов сбора и анализа информации; - определение способа представления результатов; - распределение задач (обязанностей) между членами команды. Исследование: - практические расчеты; - сравнительный эксперимент; - сбор информации Результаты и выводы: - анализ полученных данных; - формулирование выводов. Оценка результатов и процесса: - оформление конечных результатов; - подведение итогов, окончательные выводы. 2 Исследование прочности вала «Прочность твердых тел, в широком смысле – свойство твердых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластическая деформация) под действием внешних нагрузок. В узком смысле – сопротивление разрушению» Большая советская энциклопедия Основными критериями работоспособности машин являются прочность, жесткость и износостойкость. Прочность - это способность элементов конструкций или деталей машин выдерживать определенную нагрузку, не разрушаясь. Чтобы машина (механизм) отвечали условию прочности, т.е. были надежны в эксплуатации, ее детали должны иметь рациональную форму и размеры, для этого необходимо знать свойства материала, из которых они будут изготовлены. Увеличение размеров детали не всегда приводит к повышению прочности, так как при этом повышается ее вес, а в случае движущихся деталей – возрастают силы инерции. При проектировании необходимо учитывать как технологические, так и экономические факторы, поскольку машины должны быть прочными и надежными в эксплуатации, и в то же время – легкими и дешевыми. Технологическое оборудование, машины и аппараты – материальная основа любого производства. Машины состоят из деталей, поэтому эти требования предъявляются, прежде всего, к ним. Валы - детали общего назначения, применяются в большинстве машин и механизмов; тем самым объясняется актуальность проблемы обеспечения прочности и необходимость ее решения инновационными методами. Обеспечение прочности вала это задача, которая решается при проектировании детали, в процессе эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте технологического оборудования любой отрасли. 2.1 Назначение, классификация, материалы валов Валы - детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и т.п.). Вал воспринимает силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение. Классификация валов: По назначению: валы передач, несущие детали передач: муфты, зубчатые колеса, шкивы, звездочки;коренные валы машин; другие специальные валы, несущие рабочие органы машин. По конструкции и форме:прямые, коленчатые, гибкие. Прямые валы делятся на: гладкие цилиндрические, ступенчатые, валы – шестерни, валы – червяки, фланцевые, карданные. По форме поперечного сечения: гладкие сплошного сечения, пустотелые, шлицевые. Выбор материала валов определяется критериями их работоспособности. Для большинства валов применяют среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают упрочнению. Для изготовления фасонных валов - коленчатых - наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны. 2.2 Проектировочный расчет промежуточного вала редуктора Расчет вала проводят по опасным поперечным сечениям. При пространственном нагружении вала пользуются гипотезой независимо сти действия сил, рассматривают деформацию кручения и изгиб в двух вза имно перпендикулярных плоскостях, а суммарный мо мент определяют геометрическим суммированием. При определении поперечного сечения вала используют чаще всего гипотезу максимальных каса тельных напряжений:  ,где σэкв - эквивалентное напряжение;  Условие прочности при совместном действии изгибаи кручения: где МЭКВ — эквивалентный момент, Н;  -допускаемое напряжение, МПа; - осевой момент сопротивления сечения, мм3 .Для круглого сечения диаметром d, определяется: Эквивалентный момент по гипотезе максимальных касательных напряжений  Практическое задание: Для промежуточного вала редуктора, передающего мощность Р=8 кВт,при угловой скорости ω=26 рад/с, определить вертикальную и горизонталь ную составляющие реакций подшипников, построить эпюры крутя щего момента и изгибающих моментов в вертикальной и горизон тальной плоскостях. Определить диаметры вала по сечениям, при няв [σ] = 60 МПа и полагаяFr = 0,364Ft.d 1 =100 мм, d 2 =210 мм, а= 90 мм. Расчет произвести по гипотезе максимальных касательных напряжений. Решение: 1) Определяем нагрузку, действующую на вал, и составляем расчётную схему (рисунок 1):  = из условия равновесия вала = = 308 .= => = = =6160 H,  =0,364∙=2242,2 H (рисунок 1)Аналогично определяем:  = = =2933,3 H,  =0,364∙=1067, 7 H.Используя принцип независимости действия, сил рассматриваем деформации кручения, изгиб в вертикальной и горизонтальной плоскостях. 2) Рассмотрим деформацию кручения вала от действия моментов и , строим эпюру  (рисунок 1)3) Рассмотрим деформацию изгиба в вертикальной плоскости. Реакции в подшипниках:  Определяем Mх и строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости (рисунок 1).4) Рассмотрим деформацию изгиба в горизонтальной плоскости (для удобства совместим ее с вертикальной плоскостью, повернув ось Х на 900) . Реакции в подшипниках:  = 739,2 H,  = 4353,1 H. Определяем  и строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости (рисунок 1). Рисунок1 – Расчетная схема. Эпюры моментов. 5) Расчёт диаметра вала выполняется по наиболее нагруженному сечению. Определяем  под 1-м и 2-м колёсами (по гипотезе максимальных касательных напряжений):  Опасное сечение под первым колесом, где Мэкв=505,6 Н∙м Определим диаметр вала:  Принимаем d = 45 мм (согласно стандартному ряду диаметров валов) 2.3 Проектировочный расчет вала кольцевого сечения, экономический эффект Предлагаем подобрать для предыдущего случая размеры кольцевого сечения вала, удовлетворяющего условию прочности при коэффициенте с=0,8, который определяется: с =  , где d – наружный диаметр, мм; dвн– внутренний диаметр, мм.  . Принимаем d = 55 мм  Принимаем  Сравним затраты материала на вал сплошного круглого сечения и кольцевого сечений по площади поперечных сечений в обоих случаях.  ,  Вывод: для данного вала длиной 0,36 м. при одинаковых прочностных характеристиках расход металла в случае кольцевого сечения почти в 1,5 раза меньше. 2.4 Исследование вала принятого диаметра на прочность с применением инновационных технологий Прочность вала обеспечивается не только формой и размерами сечения, но и характеристиками материала, из которого он изготовлен. Проведем экспериментальные исследования прочности вала сплошного и кольцевого сечения из материала:Сталь 45 и Сталь 12ХНЗА с использованием интегрированной системы моделирования тел вращения (вала и зубчатого колеса) КОМПАС-SHAFT 2D. Во время процесса создания модели четко следуем рекомендациям библиотек, вводим параметры ступеней в соответствующих диалогах. Используя новое предложение Группы компаний АСКОН - Библиотека анимации для КОМПАС-3D, задаем перемещение компонентов — движение через несколько последовательных пространственных положений при помощи создания «траекторий» — 3D-ломаных.В качестве параметров перемещения выступают направление (прямое или обратное), скорость (м/с, мм/с, км/ч, узел) или время перемещения вдоль траектории (с, мин, ч). Также задаем валу вращательное движение вокруг оси. В этом случае параметрами являются направление вращения (по или против часовой стрелки), частота вращения (Гц, об./мин) или время вращения (с, мин, ч). Эти возможности применили для имитации движения данного механизма. Эпюры, полученные в результате исследования моделируемых вариантов валов, приводятся в Приложении А. 2.5 Анализ полученных результатов Анализ полученных автоматизированным способом эпюр моделируемых вариантов позволяет сделать вывод, что прочность вала выбранного сплошного и кольцевого сечения обеспечивается при изготовлении его из материалов: Сталь 45, Сталь 12ХНЗА. Результаты сравнения полученных данных представлены в таблице Приложения Б. Для полной объективности необходимо учитывать условия эксплуатации данной детали, срок службы и др. причины. Использование ИКТ значительно убыстряют процесс расчета и конструирования детали. 3 Методы упрочнения материала деталей Упрочнение в технологии металлов – это повышение сопротивляемости материала заготовки или изделия разрушению или остаточной деформации. Упрочнение материала заготовок и изделий достигается механическими, термическими, химическими и др. воздействиями, а также комбинированными способами (химико-термическими, термомеханическими и др.). Наиболее распространённый вид упрочняющей обработки – поверхностное пластическое деформирование– простой и эффективный способ повышения несущей способности и долговечности деталей машин и частей сооружений, в особенности работающих в условиях знакопеременных нагрузок (оси, валы, зубчатые колёса, подшипники, поршни, цилиндры, сварные конструкции, инструменты и т.п. Электротермическая закалка, с нагревом изделий токами высокой частоты (ТВЧ), имеет преимущества: - большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие; - более высокие механические свойства; - снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин; - возможность автоматизации процесса; - возможность замены легированных сталейболее дешевымиуглеродистыми; Основной недостаток метода - высокая стоимость индукционных установок и индукторов. Газопламенная закалка применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется в массовом и индивидуальном производстве, а также при ремонтных работах. Недостатки метода: - невысокая производительность; - сложность регулирования глубины закаленного слоя и температуры нагрева (возможность перегрева). В машиностроении применяются и некоторые другие методы упрочнения материала деталей (старение, закалка холодом). Силовые детали (в том числе и валы) обычно упрочняются поверхностным наклепом. Наиболее часто местному поверхностному упрочнению подвергаются зоны концентрации напряжений (отверстия, шлицы, резьбы, галтели, пазы); а также участки, недоступные при упрочнении в вибрационных, ударно-барабанных, дробеструйных и других подобных установках. Выбор метода упрочнения поверхности деталей также зависит от технологической схемы обработки. При этом необходимо проанализировать данные о химическом составе и физико-механических свойствах обрабатываемого материала, требования по точности и шероховатости, предъявляемые к детали, наличия и вида покрытия, необходимой степени поверхностного упрочнения. Поверхностное упрочнение выполняется в качестве заключительной операции. На наш взгляд, задача инженеров и техников будущего - совершенствование существующих методов упрочнения деталей с целью оптимизации процессов, экономии материалов и энергии, повышения производительности труда, удовлетворения требований безопасности и экологичности. Заключение Одна из актуальных задач машиностроения – дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки с целью обеспечения требований прочности, жесткости и износостойкости.Прогресс в расчетах и конструировании валов невозможен без применения инноваций и ИКТ. В данной работе: был выполнен проектировочный расчет вала по условию прочности сплошного и кольцевого сечения; дана оценка рациональности сечения; произведены исследования прочности валов разного сечения и из разных материалов автоматизированным способом; рассмотрены и проанализированы методы упрочнения деталей. Работа над проектом заставила нас рассмотреть и проанализировать большое количество различной информации, погрузиться в исследовательскую деятельность, научиться планировать и организовывать этапы своей деятельности, подводить итоги и делать выводы. При этом мы пользовались электронной библиотекойКОМПАС-SHAFT 2D, содержащей большое количество информационных таблиц со стандартизованными значениями вводимых величин, освоили программу и новое предложение Группы компаний АСКОН - Библиотека анимации для КОМПАС-3D. Практически убедились в преимуществах автоматизированного способа расчета и проектирования деталей. Полученный опыт, несомненно, будет востребован при изучении дисциплин профессиональных модулей, при курсовом и дипломном проектировании и в будущей профессиональной деятельности. Ибо нет предела совершенствованию! Список используемых источников 1. Кудрявцев Е.М., Практикум по КОМПАС-3DV8: Машиностроительные библиотеки– М.: ДМК Пресс, 2007 2. Кидрук М.И., КОМПАС-3DV10 на 100%.- СПб.: Питер, 2009 3. Олофинская В.П. Техническая механика – М.: «ФОРУМ», 2007 4. Олофинская В.П. Детали машин – М.: «ФОРУМ», 2007 5. Схиртладзе А.Г. Технологические процессы в машиностроении: учебник . – 2-е издание, перераб. и доп. – Старый Оскол: ТНТ, 2008. – с. 289-298 6. Азбука КОМПАС-3DV12., ЗАО АСКОН 7. Азбука КОМПАС-3DV12 Машиностроительная конфигурация, ЗАО АСКОН 8. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М.Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под ред. А.М.Дальского. – М.: Машиностроение, 2004 Интернет-ресурсы
Приложение А Эпюры исследования моделируемых вариантов валов с применением ИКТ Приложение Б Сравнение результатов исследования Сравнение результатов эпюр, полученных автоматизированным способом для выбранных вариантов, приводится в виде таблицы 1 Таблица 1 – Сравнение полученных данных автоматизированным способом
Приложение В Презентация на бумажном носителе, слайды Приложение Г Электронный материал проекта. Диск. Авторская работа «Видеоролик - Анимация промежуточного вала», выполнена в автоматизированной системе КОМПАС-3D используя библиотеку КОМПАС-SHAFT 2D. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
м 0Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Министерство образования Саратовской области Государственное образовательное... Порядок организации целевого приема | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Государственное бюджетное образовательное учреждение Саратовской области среднего профессионального образования |
| Рабочая программа учебной дисциплины физика для специальностей среднего... Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение саратовской области | | Директор гбоу спо ро «нмк» Министерство общего и профессионального образования Ростовской области государственное бюджетное образовательное учреждение среднего... |
| О долгосрочной областной целевой программе На основании Устава (Основного Закона) Саратовской области и Закона Саратовской области "О бюджетном процессе в Саратовской области",... |  | Министерство социального развития Саратовской области гу «Комплексный... Государственное бюджетное образовательное учреждение основная общеобразовательная школа с. Покровка муниципального района Кинельский... |
| Отчет о результатах самообследования Государственное бюджетное образовательное... Министерство культуры свердловской области государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования... | | Конкурс капитанов 7-10 мин. Конкурс «Шутки русского языка» Образовательное учреждение: Государственное образовательное учреждение начального профессионального образования «Профессиональное... |
| Саратовской области среднего профессионального образования «Саратовский... Саратовской области среднего профессионального образования Саратовский техникум промышленных технологий | | Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального... Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования |
| Директор гоу спо ро «нмк» Министерство общего и профессионального образования Ростовской области государственное образовательное учреждение среднего профессионального... | | Директор гоу спо ро «нмк» Министерство общего и профессионального образования Ростовской области государственное образовательное учреждение среднего профессионального... |
| Министерство общего и профессионального образования свердловской... Российской Федерации", постановлением Правительства Российской Федерации от 21. 10. 2011 n 856 "о программе государственных гарантий... | | Отделения Пенсионного фонда России по Саратовской области Саратовской области, Отделения Пенсионного фонда России по Саратовской области, комиссии по делам несовершеннолетних и защите их... |
| Министерство образования Московской области Государственное автономное... Бюллетень новых книжных поступлений, полученных из издательского центра «академия» | | Министерство образования саратовской области Изучается методология формирования финансовых планов территорий, муниципальных образований. Активно используется статистический материал... |
