Ejercicios para el Capítulo 5 de Diseño Mecánico
5-1 Analiza y compara las características de roscas ordinarias, roscas de tubería, roscas trapezoidales y roscas en zigzag, y da un ejemplo de cada una para ilustrar. su aplicación
_5-2 ¿Cuáles son los beneficios de hacer que la varilla pulida del perno de conexión que está sujeta a carga axial variable sea más delgada?
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5-3 Analice los cambios de tensión de los pernos de conexión de la culata del cilindro de compresión de aire del pistón durante la operación. ¿Cómo obtener su tensión máxima y mínima? Cuando aumenta la presión máxima en el cilindro, ¿cómo cambiarán su tensión máxima y su tensión mínima?
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5-4 ?El conjunto de pernos de la placa base que se muestra en la Figura 5-49 recibe una fuerza externa F∑ que actúa en un plano que contiene el eje x y es perpendicular a la base. superficie de la junta de la placa. Intente analizar la tensión del grupo de pernos de la placa base y determine qué perno tiene la mayor tensión. ¿Cuáles son las condiciones necesarias para el trabajo seguro de la conexión del certificado fuerte?
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5-5 La Figura 5-50 es un soporte de riel guía de grúa pórtico soldado por dos placas laterales y una placa de carga. Las dos placas laterales están conectadas cada una a la columna con 4 pernos. La carga máxima que soporta el soporte es KN y la carga varía mucho. Me gustaría preguntar: ¿Es mejor usar pernos comunes para esta conexión de perno o pernos para orificios con bisagras? ¿Por qué?
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5-6 Se sabe que la placa lateral del soporte está conectada al bastidor adyacente con 6 pernos. El soporte está sujeto a una carga paralela al eje de simetría vertical del grupo de pernos de la placa lateral, con una distancia de mm y una carga de 60 KN. Hay dos tipos desconocidos de pernos, como se muestra en la Figura 5-51. Suponga que se utilizan orificios escariados para conectar pernos. ¿Cuál de los tipos desconocidos utiliza diámetros de perno más pequeños? ¿Por qué?
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5-7 La Figura 5-52 muestra una conexión roscada de tirante. Se sabe que la carga F = 56KN en Latin es estable y el material de Latin es acero Q235. Intente diseñar esta conexión.
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5-8 Dos placas de metal están conectadas con dos pernos ordinarios M12. Si el coeficiente de fricción de la superficie de la junta es f = 0,3, la fuerza de preapriete del perno se controla a 70 de su límite elástico. Los pernos están hechos de acero al carbono medio con un grado de desempeño de 4.8 Encuentre la carga lateral que esta conexión puede transmitir.
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5-9
Conexión de perno apretado sujeta a carga axial, se utilizan juntas de goma entre las placas de acero conectadas. Se sabe que la fuerza de preapriete del perno Fo = 15 000 N, cuando la carga de trabajo axial F = 10 000 N, encuentre la fuerza de tracción total sobre el perno y la fuerza de preapriete residual entre las partes conectadas.
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5-10 La figura 5-24 muestra la conexión del juego de pernos de culata. Se sabe que la presión de trabajo en el cilindro es P=0~1MPa. La culata y el cuerpo del cilindro están hechos de acero. Los diámetros son D1=350 mm y D2=250 mm. Los espesores de las bridas superior e inferior son ambos de 25 mm. Intente diseñar esta conexión.
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5-11 Diseñe las dimensiones principales del tornillo y la tuerca de un gato simple (ver Figura 5-41).
El peso de elevación es de 40000 N, la altura de elevación es de 200 mm y el material es opcional.
Respuesta de referencia
5-1:
Características y aplicación del tipo de rosca
La forma del diente de la rosca ordinaria es un triángulo isotrópico, perfil del diente En un ángulo de 60°, queda un espacio radial después de atornillar las roscas interna y externa, y se permite que la raíz de la rosca externa tenga un filete más grande para reducir la concentración de tensiones. El mismo diámetro nominal se divide en roscas gruesas y finas según el tamaño del paso. Los hilos finos tienen un ángulo de elevación pequeño, buenas propiedades de autobloqueo y una alta resistencia al corte. Sin embargo, debido a sus hilos finos, son resistentes al desgaste y fáciles de deslizar. Generalmente, los hilos gruesos se utilizan para las juntas. A menudo se utiliza para piezas pequeñas, accesorios de tuberías de paredes delgadas o aquellas sujetas a impactos, vibraciones y conexiones de carga variable. También se puede utilizar como rosca de ajuste del mecanismo de ajuste fino.
La rosca de la tubería. El perfil es un triángulo isósceles con un ángulo de perfil de 55°. No hay espacio radial después de atornillar las roscas internas y externas. Accesorios para tuberías de paredes delgadas con roscas finas y roscas comunes para conexiones de tuberías con esquinas redondeadas más grandes
<. p>Se utiliza para juntas de tuberías, grifos, válvulas y otros accesorios roscados de tubos cilíndricos de 55o sin rosca selladaTubos, juntas de tuberías, grifos, válvulas y otros accesorios roscados de tuberías cónicas de 55o con sellado roscado
Los sistemas de tuberías de gas o líquido con rosca cónica métrica se basan en roscas de conexión selladas
La forma del diente de la rosca trapezoidal es un trapezoide isósceles, el ángulo del flanco es de 3°, las roscas interna y externa son cónicos y no son fáciles de aflojar, la mano de obra es mejor, la resistencia de la raíz es alta y la neutralidad es buena. El hilo de transmisión más utilizado
Zigzag El perfil del hilo no es un trapezoide isósceles, el flanco. El ángulo de la superficie de trabajo es de 3o y el ángulo del flanco de la superficie de no trabajo es de 30o. La raíz de la rosca externa tiene un radio mayor para reducir la concentración de tensiones. Una vez atornilladas las roscas interna y externa, no queda espacio en el diámetro grande, lo que facilita el centrado. Tiene las características de alta eficiencia de transmisión de rosca rectangular y alto ángulo de raíz de rosca trapezoidal. Solo se puede utilizar para conexiones roscadas o transmisión de tornillo con fuerza unidireccional, como prensa de tornillo. p>
5-2
Respuesta: La rigidez del perno se puede reducir, aumentando así la resistencia de la conexión del perno.
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5-3 Solución:
Solución:
La tensión máxima se produce cuando se comprime al volumen mínimo, y el mínimo El estrés ocurre cuando se expande al volumen máximo. Cuando aumenta la presión máxima en el cilindro, aumenta su tensión máxima y la tensión mínima permanece sin cambios.
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5-4
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5-5
Utilice orificios escariados para conectar con pernos Es apropiado porque la carga soportada por el soporte varía mucho y las conexiones de pernos comunes dependen del par de fricción generado por la superficie de la junta para resistir el par.
El diámetro mínimo del perno se puede obtener a partir de las fórmulas
y
Cuando se utilizan pernos para escariar agujeros, la fórmula y la resistencia de extrusión y. Se utilizan fórmulas de resistencia al corte. El diámetro mínimo en este momento se puede calcular. Comparando los dos diámetros, se puede concluir que el diámetro del perno utilizado para escariar el agujero es menor.
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5-6
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5-7
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5-9
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5-10
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5-11
Respuesta: (1) Seleccionar como material. Los materiales de los pernos están hechos de acero No. 45. El material de la tuerca es ZCuA19Mn2 y la presión requerida [P]=15MPa se determina consultando la tabla.
(2) Determine el perfil de la rosca. El hilo trapezoidal tiene buena artesanía, alta resistencia de raíz y buena alineación. Esta pregunta utiliza un hilo trapezoidal.
(3) Calcule el diámetro de paso de la rosca primaria en función de la resistencia al desgaste. Como se utiliza rosca trapezoidal y la tuerca también sirve de soporte, tomamos Según la cuarta teoría de la resistencia, la condición de resistencia es el área de la sección transversal; S es el factor de seguridad de la estabilidad del tornillo. Para espirales transmisoras de fuerza, S=3,5-5,0 para espirales conductoras, S=2,5-4,0; tornillos o tornillos horizontales, Sgt; 4. El valor para esta pregunta es 5. Por lo tanto
(5) Determine el diámetro del tornillo después de una consideración exhaustiva. Al comparar los resultados del cálculo de la resistencia al desgaste y el cálculo de la resistencia a la compresión, se puede ver que la selección del diámetro del tornillo en esta pregunta debe basarse en los resultados del cálculo de la resistencia a la compresión. Los parámetros del tamaño del tornillo se seleccionan de acuerdo con el nacional. estándar GB/T5796-1986: diámetro exterior de la rosca d= 44 mm, diámetro interior de la rosca d1=36 mm, diámetro de paso de la rosca d2=40,5 mm, número de rosca n=1, paso P=7 mm.
(6) Compruebe la capacidad de autobloqueo de la espiral. En el caso de tornillos con transmisión de fuerza, para evitar accidentes, en general se deben cumplir requisitos de autobloqueo. El material del tornillo en esta pregunta es acero y el material de la tuerca es bronce. El coeficiente de fricción del acero contra el bronce es f=0,09 (consulte el "Manual de diseño mecánico"). Debido al ángulo del perfil del diente de la rosca trapezoidal, puede cumplir con los requisitos de autobloqueo.
Nota: Si la propiedad de autobloqueo es insuficiente, se puede aumentar el diámetro del tornillo o reducir el paso del tornillo para realizar ajustes.
(7) Calcule la altura de la tuerca H. Debido a que se selecciona H=, se toma como 102 mm. Cálculo del número de vueltas de rosca: z=H/P=14,5
. Es mejor no utilizar el número de vueltas de hilo. Excede las 10 vueltas, por lo que conviene ajustarlo.
El método general consiste en aumentar adecuadamente el paso P sin afectar los requisitos de autobloqueo. La selección del diámetro del tornillo en esta pregunta se basa en los resultados del cálculo de la resistencia a la compresión, y la resistencia al desgaste es. Ya es equivalente. Rico, por lo que la altura de la tuerca se puede reducir adecuadamente. Ahora tome la altura de la tuerca H=70 mm, luego el número de vueltas de rosca z=10, lo que cumple con los requisitos.
(8) Cálculo de la resistencia del hilo. Dado que la resistencia del material del tornillo es generalmente mucho mayor que la de la tuerca, sólo es necesario comprobar la resistencia de la raíz de la rosca de la tuerca. Según la tabla del libro de texto 5-13, para la tuerca de bronce, aquí se toman 30 MPa. De la fórmula del libro de texto (5-50), el esfuerzo cortante de la sección peligrosa de la rosca es
Cumple con el. requisitos
Tuerca La raíz de la rosca generalmente no se dobla ni se rompe, y generalmente no es necesario realizar la verificación de la resistencia a la flexión.
(9) Cálculo de la estabilidad del tornillo. Cuando la presión axial es mayor que un cierto valor crítico, el tornillo se doblará lateralmente y perderá estabilidad.
Como se muestra en la imagen, tome B=70 mm, luego la longitud de trabajo del tornillo
l=L B H/2=305 mm
El radio de inercia de la superficie peligrosa del tornillo. i=d1/4=9mm
La longitud del tornillo: considerando que un extremo está libre y una sección está fija, tome la flexibilidad del tornillo: , entonces el tornillo en esta pregunta es de tamaño medio varilla de presión de flexibilidad. La carga crítica cuando el ajedrez es inestable se calcula según la fórmula de Euler
Por lo que cumple con los requisitos de estabilidad.