Отчет ЛБ №5. Отчет по лабораторной работе 5 по дисциплине Техническая механика

Название	Отчет по лабораторной работе 5 по дисциплине Техническая механика
Дата	11.06.2022
Размер	311.68 Kb.
Формат файла
Имя файла	Отчет ЛБ №5.docx
Тип	Отчет #584734

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Аэрокосмический институт
Кафедра механики материалов, конструкций и машин
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 5

по дисциплине «Техническая механика»
Оценка прочности стержневых соединений

при срезе и смятии
ОГУ 13.03.02. 4022. 015 О

Руководитель

канд. техн. наук, доцент

____________О.А. Фролова

«__»__________2022 г.
Студент группы 21ЭЭ(б)ЭА

____________И.А. Полион

«__»__________2022 г.

Оренбург 2022

Содержание

1 Цель работы 3

2 Теоретическая часть 3

3 Практическая часть 7

Список использованных источников 11

Лабораторная работа № 3

«Оценка прочности стержневых соединений при срезе и смятии»

1 Цель работы

Цель работы – оценка прочности соединения при действии растягивающего осевого усилия.

Задачи:

– изучение работы соединения;

– определение деформаций элементов соединения;

– расчет на прочность элементов соединения.

Инструменты: детали соединения, штангенциркуль, линейка, карандаш, микрокалькулятор, журнал лабораторных работ.

2 Теоретическая часть

Различают два вида болтовых соединений:

–соединения с постановкой болтов с натягом; болты работают на срез в растяжение (требуют совместной разделки отверстий в сопрягаемых деталях);

–соединения с постановкой с зазором; болты работают на растяжение, перерезывающую силу воспринимают за счет сил трения на контактных поверхностях деталей (требуют равномерной затяжки болтов с определенным уровнем напряжений).

Достоинства болтовых соединений:

–высокая прочность, надежность в эксплуатации;

–возможность повторной сборки-разборки конструкции.

Недостатки болтовых соединений:

–большой привес конструкции, что обусловлено необходимостью компенсации ослабления деталей конструкции отверстиями и собственно весом крепежа (головки болтов, гайки, шайбы, кантовка);основной путь уменьшения привеса – применение материалов с большой удельной прочностью (титановые болты, болты из ВКС);

–сравнительно высокая стоимость и трудоемкость выполнения, что обусловлено много детальностью крепежа, спецификой его изготовления и постановки. Болты, как и заклепки, работают на срез, смятие и растяжение.

Однако существенное отличие болтового соединения от заклепочного заключается в его большей податливости, являющейся следствием меньшего предварительного натяжения болтов (в результате затяжки гаек), а также наличия зазоров между болтом и отверстием. В соединениях, работающих на сдвиг, расчет ведут на срез болта и на смятие болтами металла соединяемых элементов. При расчете на растяжение проводят расчет прочности на растяжение болтов, при этом учитывают площадь болта нетто (по диаметру нарезанной части).Центральное растяжение (сжатие) –такой вид нагружения стержня, при котором в его поперечных сечениях из шести внутренних силовых факторов (ВСФ) возникают только продольные (нормальные) силы.

Из условия надежности работы деталей и конструкций величину максимального напряжения, возникающего в опасном (наиболее напряженном)сечении бруса, необходимо ограничивать некоторыми значениями. Напряжение, при котором обеспечивается безопасная работа конструкции, называется допускаемым напряжением [σ].Допускаемое напряжение зависит от вида материала.

Допускаемое напряжение равно отношению предельного напряжения к нормативному коэффициенту запаса прочности:

Под действием продольной силы F в сечении стержня возникает нормальное напряжение σр:

Условие прочности выражается неравенством:

Прочность элемента конструкции обеспечивается, если наибольшее напряжение, возникающее в нем, не превышает допускаемого. Наибольшее расчетное нормальное напряжение считается неопасным, если оно превышает допускаемое не более чем на 5 %. Если расчетное напряжение значительно ниже допускаемого, то это свидетельствует о нерациональности конструкции.

В зависимости от поставленной задачи различают следующие виды расчета на прочность при растяжении (сжатии) стержня:

–проверочный расчет (проверка расчетного напряжения в стержне)

–проектный расчет (подбор размеров поперечного сечения стержня)

–определение допускаемого значения продольной силы

Срез – разрушение соединительных деталей под действием поперечных нагрузок (перпендикулярных осям этих деталей) (рисунок 1.2). Например, разрушение штифта может произойти при штифтовом соединении двух деталей, которые нагружены двумя противоположно направленными силами. Вместо штифта может быть шпонка, болт, шпилька, заклепка.

Под действием внешней силы F, действующей на соединенные листы, стержень (болт) испытывает деформацию среза по поперечному сечению. Под действием поперечной силы в сечении возникает касательное напряжение среза tср:

Условие прочности на срез имеет вид:

–проверочный расчет (проверка расчетного напряжения в стержне)

–проектный расчет (подбор размеров поперечного сечения стержня)

–определение допускаемого значения продольной силы

Смятие–это местная деформация сжатия от давления между поверхностями соединительной детали и отверстия

Расчёты на срез обеспечивают прочность соединительных элементов, но не гарантируют надёжности конструкции (узла) в целом. Если толщина соединяемых элементов недостаточна, то давления, возникающие между стенками их отверстий и соединительными деталями, получаются недопустимо большими. В результате стенки отверстий обминаются, и соединение становится ненадёжным.

На боковой поверхности болта возникает нормальное напряжение смятия σсм:

Условие прочности на смятие имеет вид:

В зависимости от поставленной задачи различают следующие виды расчета на прочность при смятии:

–проверочный расчет (проверка расчетного напряжения в стержне)

–проектный расчет (подбор размеров поперечного сечения стержня)

–определение допускаемого значения продольной силы

3 Практическая часть

Стержень 1 установлен между пластинами 2. На стержень 1 одета проушина 3 с тягой 4. К тяге 4 приложена растягивающая сила F (рисунки 1-3).

F

2

4

3

1

1 – стержень; 2 – пластины; 3 – проушина; 4 – тяга.

Рисунок 1 – Схема соединения

Растягивающая сила F=10 кН.

Допускаемые напряжения:

– на растяжение [σ_р] = 130 МПа;

– на срез [τ_ср] = 80 МПа;

– на смятие [σ_см] = 230 МПа.

d – диаметр тяги; D₁ – наружный диаметр проушины;

D₂ – внутренний диаметр проушины; b – ширина проушины.
Рисунок 2 –Чертеж соединения

Рисунок 3 – Схема площадей контакта деталей соединения
3.1 Расчет тяги.

Тяга под действием растягивающей силы F испытывает растяжение.

Последовательность действий:

– определим площадь растяжения поперечного сечения тяги

– определим нормальное напряжение растяжения тяги:

– выполним проверку прочности на растяжение тяги:

– сделать вывод о выполнении/невыполнении условия прочности при растяжении тяги.

3.2 Расчет проушины.

Проушина под действием растягивающей силы F испытывает растяжение.

Последовательность действий:

– определим площадь растяжения проушины:

– определим нормальное напряжение растяжение проушины:

– выполним проверку прочности на растяжение проушины по формуле:

– сделать вывод о выполнении/невыполнении условия прочности при растяжении проушины.

3.3 Расчет стержня.

Стержень испытывает деформацию среза по двум плоскостям (m=2).

Последовательность действий:

– определим площадь среза стержня по формуле:

– определим касательное напряжение среза стержня:

– выполним проверку прочности стержень на срез:

– сделать вывод о выполнении/невыполнении условия прочности стержня на срез.

Цилиндрическая поверхность стержня испытывает деформацию смятия от давления внутренней части проушины.

Последовательность действий:

– определим площадь смятия стержня:

– определим нормальное напряжение смятия стержня:

– выполним проверку прочности стержня на смятие по формуле:

– сделать вывод о выполнении/невыполнении условия прочности стержня при смятии

Таблица 1 – Размеры деталей соединения и их чертежи

Деталь соединения	Размеры, мм
Тяга	Диаметр d
	10
Проушина	Наружный диаметр D₁	Внутренний диаметр D₂	Ширина b
	30	20	15
Стержень	Диаметр поперечного сечения D₂
	20

Таблица 2 – Результаты расчета

Деталь соединения	Вид деформации	Площадь сечения (площадь контакта), мм²	Напряжение, МПа	Проверка условия прочности
Тяга	растяжение	78,5	127,4	Выполняется
Проушина	Растяжение	300	33,3	Выполняется
Стержень	Срез	628	15,9	Выполняется
Стержень	Смятие	15,9	21,2	Выполняется

Вывод:

1 Выполнена оценка прочности соединения при действии растягивающего осевого усилия.

2 В результате расчетов получено, что прочность элементов соединения обеспечена (или не обеспечена).

Список использованных источников

1 ГОСТ 8509-93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. – Введ. 1997–01–01. – М. : Изд-во стандартов, 1997. – 5 с. – Режим доступа http:// http://docs.cntd.ru/document/1200001025.

2 Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов: учебник / В. И. Феодосьев. – 14-е изд., испр. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 592 с. – Предм. указ.: ис. 577–584. – ISBN 978-5-7038-3024-6.

3 Фролова, О.А. Расчет на прочность соединения стержня и тяги с проушиной: методические указания / О.А. Фролова, Е.В Пояркова; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2018. – 19 с.