Материал: m34700

111

шпоночными и шлицевыми соединениями, имеющими разные формы. Одно из важнейших условий выбора типа соединения – обеспечение выносливости вала.

1. Цель работы.

Виртуальным экспериментом сопоставить запасы усталостной прочности вала для возможных способов соединения со ступицей.

2. Объект исследования.

Компьютерная модель вала специальной установки, выполненная с использованием автоматизированной системы проектирования валов WinShaft.

3. Оснащение исследования.

Система автоматизированного проектирования валов

WinShaft программного комплекса APM WinMachine;

Персональный компьютер не менее 8 Mb RAM и 80 Mb свободной памяти на жестком диске (для установки всего комплекса) с оперативной системой Windows 95/98/NT.

Экспериментальные исследования выносливости валов как для лабораторных, так и для натуральных образцов отличаются многократностью (накопление статической информации) и значительной продолжительностью (для создания значительного числа циклов нагружения). Регистрация уровня нагружений и разрушения вала требуют использовать дорогостоящую аппаратуру. Для упрощения технического анализа и достижения учебных целей исследования можно воспользоваться компьютерной моделью вала и алгоритмами расчета выносливости по коэффициентам запаса прочности при регулярном нагружении. Такая оценка выносливости позволяет путем виртуального эксперимента оценить влияние способов соединения вала со ступицей на его усталостную прочность на базе накопленных данных экспериментальных исследований прочности валов и осей.

Модель вала для квазинатурных испытаний (рис. 7.1) может представлять собой балку круглого сечения диаметром 40 мм, установленную на двух шарикоподшипниковых опорах.

Правая консольная часть балки служит для размещения испытываемых соединений, а левая (диаметром 50 мм) - для закрепления в приводной части виртуального стенда (левая крайняя секция).

112

Рис. 7.1

Нагрузка в виде только крутящего момента действует на вал и передается через испытываемое соединение. Нагрузка, размеры соединения, концентрация напряжений, материал, срок службы и частота вращения вала (например, 10000 часов и 1000 об./мин.) предопределяют его выносливость.

5. Рекомендуемый порядок выполнения работы. (Фактический порядок разрабатывается обучаемым, исходя

из поставленной цели, технических характеристик объекта и оснащения исследования).

4.1. Установить (или вызвать установленную) на персональный компьютер систему АПМ WinShaft.

4.2.Войти в графический редактор WinShaft и вызвать архивный файл labval1.wsh или создать новую модель вала, например, конкретной конструкции машины.

4.3.С помощью команд главного меню или кнопок с пиктограммами редактора разместить на консольной правой части исследуемого вала (на длине 40…50 мм) последовательно шпонку, шлицы прямобочные, эвольвентные.

Посадку с натягом можно имитировать вводом (кнопка с ломаной стрелой) концентратора напряжения С1 (принять К = 2

113

или иное) условно только в точке приложения крутящего момента Т1 на правой консольной части вала.

4.4.Для каждого выбранного соединения с помощью команд меню выполнить общий расчет вала, при необходимости вводя материал, величину и характер нагрузки, срок службы, частоту вращения вала. Для типовых испытаний принять: сталь 45, 800 Нм, переменная, 10000 часов, 1000 об./мин.

4.5.Командой Результаты вызвать соответствующее окно и просмотреть нажатием кнопки Усталостная прочность изменение коэффициента запаса по усталостной прочности по длине вала, зафиксировав в таблице отчета его минимальное значение для испытываемого соединения. В этом случае можно воспользоваться строкой параметров, подведя перекрестие курсора к интересующей точке графика и считывая значение по оси У.

Результаты можно распечатать и приложить к отчету.

4.6.Полученные результаты исследования представить в графической форме, например, в виде гистограммы зависимости коэффициента запаса по усталостной прочности от вида соединений.

4.7.Провести обобщение результатов исследования и составить отчет. Отчет можно представить, используя файл для редактирования (Отчет ДМ1).

5. Обобщение результатов исследования.

5.1.Проанализируйте причины относительного отличия выносливости вала от способа соединения со ступицей.

5.2.Какие типы шлицевых соединений предпочтительны в конструкциях и чем это определяется?

5.3.Укажите другие соображения по обсуждаемым резуль-

татам.

Литература

Иванов М. Н. Детали машин.– М: Высш. шк., 1998.

Попов Е. М. Детали машин. Автоматизированное проектирование и технический анализ: Учебное пособие – Воронеж:

ВГАУ, 2002. http://www.vsau.ru.

114

Дополнительная рекомендация

Для углубления представлений о выносливости валов и осей можно самостоятельно провести исследование (в том числе параллельно и по аналогии с основным) зависимости коэффициента запаса усталостной прочности от величины радиуса галтели, канавки для выхода шлифовального круга в месте перехода от диаметра вала 40 мм к 50 мм. Целесообразно изменять вид нагрузок вала.

Виртуальная лабораторная работа ДМ1

(использована система АРМ WinMachine – модуль WinShaft) Исследование зависимости выносливости вала от способа со-

единения со ступицей

1. Модель вала и стенда

Сталь 45

Т1 = 800 Нм

n = 1000 об./мин

Срок службы

10000 час

115

2. Результаты испытаний

1 2 3 4 5 соединения

4. Обобщение результатов исследования

4.1

4.2

7.2. Учебное курсовое и дипломное проектирование

Курсовой проект по деталям машин, курсовая работа по механике или конструкторская разработка в дипломном проекте представляют собой совокупность конструкторских документов, порядок разработки и оформления которых регламентирован комплексом стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

В учебном проектировании используют следующие виды изделий, которые изготавливают по конструкторской документа-