Расчет балки


Задача №1.


привод крутящий момент балка



Р = 13 кН, М = 9 кН·м,


l1
= 0,9 м, l2
= 1,1 м,


α = 30°.


RA
– ? NA
– ? RB
– ?


Решение


Составим расчетную схему балки, опоры заменим реакциями опор (рис. 1).



Рис. 1


Составим уравнение моментов относительно точки А:


ΣМ(А) = RB
·sinα·l2
– M – P(l1
+ l2
) = 0;



Составим уравнение моментов относительно точки B:


ΣМ(B) = – RA
·l2
– M – P·l1
= 0;



Проверка:


ΣFY
= RB
·sinα + RA
– P = 0;


63,6·sin30° – 18,8 – 13 = 0;


0 = 0 – реакции найдены верно.


Составим уравнение сил по оси х:


ΣFХ
= NA
– RB
·cosα = 0;


NA
= RB
·cosα = 63,6·cos30° = 55,1 кH.


Реакции опорного шарнира: RA
и NA
.


Сила, нагружающая стержень по модулю равна RB
и направлена в противоположную сторону.


Задача №2.



М1
= 440 Н·м, М2
= 200 Н·м,


М3
= 860 Н·м, [τ]кр
= 100 МПа,


Ст3, круг, кольцо d0
/d = 0,7


d кр
– ? d0
– ? d – ?


Решение


Для заданного бруса построим эпюру крутящих моментов (рис. 2).


Заданный брус имеет три участка нагружения.


Возьмем произвольное сечение в пределах I участка и отбросим левую часть бруса.



Рис. 2


На оставленную часть бруса действуют моменты М1
и МZ
I
. Следовательно:


МZ
I
= М1
= 440 Н∙м.


Взяв произвольное сечение в пределах II участка, и рассматривая равновесие оставленной части бруса получим:


МZ
II
= М1
– M2
= 440 – 200 = 240 Н∙м.


Взяв произвольное сечение в пределах III участка, и рассматривая равновесие оставленной части бруса получим:


МZ
III
= М1
– M2
+ M3
= 440 – 200 +860 = 1100 Н∙м.


По имеющимся данным строим эпюру крутящих моментов.


Условие прочности:



Отсюда:



Для круга:




Для кольца:





Массы брусьев.


Круг.




Кольцо.




Так как S2
< S1
, то масса бруса с сечением в форме круга больше, чем с сечением в форме кольца.


Увеличим размер сечения в два раза.


Рассмотрим круг.




При увеличении размера сечения круга в 2 раза, нагрузку на брус можно увеличить в 8 раз.



Затраты материала увеличатся в 4 раза.


Аналогично получаются такие же результаты для сечения в форме кольца, так как формулы схожи.


Задача №3.



F = 21 кН, М = 13 кН·м,


l1
= 0,9 м, [δ]изг
= 150 МПа,


l2
= 0,5 м, l3
= 0,7 м,


Ст3, швеллер, прямоугольник


h/b = 3


швеллер – ? h – ? b – ?


Решение


Отбросив опоры, заменим их действие на балку реакциями RA
и RВ
. Определим значение RA
и RВ
.


ΣМА
(Fi
) = F·l1
+ M – RВ
(l1
+ l2
+ l3
) = 0;



ΣМB
(Fi
) = – F·(l2
+l3
) + M + RA
(l1
+ l2
+ l3
) = 0;



Проверка:


ΣFi
= RB
+ RA
– F = 0;


15,2 + 5,8 – 21 = 0;


0 = 0 – реакции найдены верно.


Балка имеет три участка нагружения.


Возьмем произвольное сечение в пределах I участка:


Qy
I
= RA
= 5,8 кН


МХ
I
= RA
∙z


При z = 0; МХ
I
(0) = 0.


При z = l1
; МХ
I
(0,9) = 5,8∙0,9 = 5,2 кН∙м.


Возьмем произвольное сечение в пределах II участка:


Qy
II
= RA
– F = 5,8 – 21 = -15,2 кН



Рис. 3


МХ
II
= RA
∙z – F (z – l1
)


При z = l1
+ l2
; МХ
II
(1,4) = 5,8∙1,4 – 21∙0,5 = -2,4 кН∙м.


В точке, расположенной бесконечно близко справа от точки С:


МХ
II
’ = RA
∙z – F (z – l1
) + M


МХ
II
’ (1,4) = 5,8∙1,4 – 21∙0,5 + 13 = 10,6 кН∙м.


Возьмем произвольное сечение в пределах III участка:


Qy
III
= RA
– F = 5,8 – 21 = -15,2 кН


МХ
III
= RA
∙z – F (z – l1
) + M


В точке В: МХ
III
= 0.


По имеющимся данным строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов (рис. 3).


Условие прочности:



Отсюда:



Швеллер.


Берем швеллер №14а с WX
= 77,8 см3
, SX
= 45,1 см3
= 4,51∙10-5
м3
.


Прямоугольник.







Так как SХ
< S, то масса балки с сечением в форме прямоугольника больше, чем масса балки из швеллера.


Увеличим размеры прямоугольного сечения в два раза.



- затраты материала увеличатся в два раза.



- нагрузку можно увеличить в два раза.



- затраты материала увеличатся в два раза.



- нагрузку можно увеличить в четыре раза.


Задача №4




= 100 мм, [τ]ср
= 80 МПа,


k = 6 мм, [τ]’ср
= 100 МПа.


d – ?


Решение


Найдем силу F из условия прочности швов при срезе.


I схема.


F = 0,7·[τ]’ср
·k·2·lф
= 0,7·100·106
·0,006·2·0,1 = 84 кН


II схема.


F = 0,7·[τ]’ср
·k·4·lф
= 0,7·100·106
·0,006·4·0,1 = 168 кН


Условие прочности на срез:



Определим диаметр пальца из условия прочности при срезе.


I схема.




Берем d = 37 мм.


II схема.




Берем d = 37 мм.


Задача №5.



Рдв
= 4 кВт, ωдв
= 158 рад/с, Z3
= 24, Z4
= 36,

69;вых
= 38 рад/с, ηц
= 0,97, ηк
= 0,95,


а = 140 мм, ψ = 0,5.


ηобщ
– ? Uобщ
– ? Рi
– ? Mi
– ?


Решение


Общий КПД привода:


ηобщ
= ηц
· ηк
· ηм
· ηп
3


ηц.
– КПД зубчатой цилиндрической передачи;


ηк.
– КПД зубчатой конической передачи;


ηм
= 0,98 – КПД муфты;


ηп
= 0,98…0,99; принимаем ηп
= 0,98 – КПД пары подшипников качения.


ηобщ
= 0,97 · 0,95 · 0,98 · 0,983
= 0,85


Общее передаточное отношение привода:


Uобщ
= ωдв
/ ωвых
= 158 / 38 = 4,16


Передаточное отношение конической передачи:



= Z4
/ Z3
= 36 / 24 = 1,5


Передаточное отношение цилиндрической передачи:



= Uобщ
/ Uк
= 4,16 / 1,5 = 2,77


Вал двигателя.


Рдв
= 4 кВт;


ωдв
= 158 рад/с;


Тдв
= Рдв
/ ωдв
= 4000 / 158 = 25,32 Н·м.


Быстроходный вал редуктора.


Р1
= Рдв
· ηм
· ηп
= 4 · 0,98 · 0,98 = 3,84 кВт;


ω1
= ωдв
= 158 рад/с;


Т1
= Тдв
· ηм
· ηп
= 25,32 · 0,98 · 0,98 = 24,32 Н·м.


Тихоходный вал редуктора.


Р2
= Р1
· ηп
· ηц
= 3,84 · 0,98 · 0,97 = 3,65 кВт;


ω2
= ω1
/ Uц
= 158 / 2,77 = 57,04 рад/с;


Т2
= Т1
· Uц
· ηц.
· ηп
= 24,32 · 2,77 · 0,98 · 0,97 = 64,04 Н·м.


Выходной вал привода.


Р3
= Р2
· ηп
· ηк
= 3,65 · 0,98 · 0,95 = 3,4 кВт;


ωвых
= 38 рад/с;


Т3
= Т2
· Uк
· ηк.
· ηп
= 64,04 · 1,5 · 0,98 · 0,95 = 89,43 Н·м.


Данный привод имеет две ступени. Первая ступень – косозубый цилиндрический редуктор. Вторая ступень – открытая коническая передача. Электродвигатель соединен с быстроходным валом редуктора муфтой. Основные технические характеристики привода:


· КПД – 0,85;


· Общее передаточное число – 4,16;


· Вращающий момент на выходном валу – 89,43 Н·м;


· Угловая скорость выходного вала – 38 рад/с.


Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном диаметре, называют косозубыми. При работе такой передачи зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, как в прямозубой, а постепенно; передаваемая нагрузка распределяется на несколько зубьев. В результате по сравнению с прямозубой повышается нагрузочная способность, увеличивается плавность работы передачи и уменьшается шум. В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.


Недостатками косозубых колёс можно считать следующие факторы:


При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;


Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.


Основные формулы для расчета косозубой передачи приведены ниже.


Конические зубчатые колеса применяют в передачах, у которых оси валов пересекаются под некоторым углом. Наиболее распространены передачи с углом 90°.


Аналогами начальных и делительных цилиндров цилиндрических передач в конических передачах являются начальные и делительные конусы с углами δ1
и δ2
.


При коэффициентах смещения инструмента х1
+ х2
= 0 начальные и делительные конусы совпадают. Конусы, образующие которых перпендикулярны образующим елительных конусов, называют дополнительными конусами. Сечение зубьев дополнительным конусом называют торцовым сечением. Различают внешнее, внутреннее и среднее торцовые сечения.


Основными габаритными размерами для конических передач являются de
2
и Re
, а нагрузка характеризуется моментом Т2
на ведомом валу. Основные зависимости:


,


,


,


d’m
1
= d’e
1
(R’e
– 0,5b’)/R’e
,


m’nm
= m’tm
cosβn
,


dm
1
= mtm
z1
, dm
2
= mtm
z2
.


Из различных типов конических колес с непрямыми зубьями на практике получили распространение колеса с косыми или тангенциальными зубьями и колеса с круговыми зубьями. Преимущественное применение получили колеса с круговыми зубьями. Они менее чувствительны к нарушению точности взаимного расположения колес, их изготовление проще.


Конические передачи применяются при пересекающихся валах. Конические передачи дорогие. Выгодны не прямозубые, а косозубые колеса, так как они позволяют уменьшить габариты и массу.


Выполним геометрический расчет передачи редуктора.


Модуль зацепления:


m = (0,01–0,02) α = 1,4 – 2,8 мм, принимаем m = 2 мм.


Ширина колеса:


b2
= ψ · α = 0,5 · 140 = 70 мм


b1
= b2
+ 5 = 70 + 5 = 75 мм – ширина шестерни.


Минимальный угол наклона зубьев:


βmin
= arcsin = arcsin = 5,7°


При β = βmin
сумма чисел зубьев zc
= z1
+ z2
= (2α/m) cos βmin
= (2 · 140/2) cos 5,7°= 139,3


Округляем до целого: zc
= 139


Угол наклона зубьев:


β = arccos = arccos = 6,85°,


при нем zc
= (2 · 140/2) cos 6,85° = 139


Число зубьев шестерни:


z1
= zc
/ (Uц
+ 1) = 139 / (2,77 + 1) ≈ 37


z2
= 139 – 37 = 102 – колеса.


Передаточное число:



= 102 / 37 = 2,76, отклонение ΔU = 0,02U – допустимо.


Диаметры делительных окружностей:


d1
= m z1
/cos β = 2 · 37 / cos 6,85° = 74,5 мм – шестерни;


d2
= m z2
/cos β = 2 · 102 / cos 6,85° = 205,5 мм – колеса.


Торцевой (окружной) модуль:


mt
= m /cos β = 2 / cos 6,85° = 2,014


Диаметры вершин зубьев:


dа1
= d1
+ 2m = 74,5 + 2 · 2 = 78,5 мм;


dа2
= d2
+ 2m = 205,5 + 2 · 2 = 209,5 мм.


Диаметры впадин зубьев:


df
1
= d1
- 2,5m = 74,5 – 2,5 · 2 = 69,5 мм;


df
2
= d2
- 2,5m = 205,5 – 2,5 · 2 = 200,5 мм.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет балки

Слов:1855
Символов:14322
Размер:27.97 Кб.