4. Экспертные задания

Задания данного раздела условно названы “экспертными”, так как, произведя инженерную экспертизу ( оценку ) возможных решений, студент должен ответить на вопросы : “Что делать?”, “Допустимо или нет?” , “Что выбрать?”, “Как правильно?” и т.п. и дать практические рекомендации .

В отличие от расчетных задач они не требуют много (не более трех минут) времени для решения. Ответы следует давать с обоснованиями. Например,

ЗАДАНИЕ:

По какому зубу z₁ или z₂ следует вести расчет на изгиб, если Y_FS1 = 4; Y_FS2 = 3,2; _FP1 = 200 МПа; _FP2 = 160 МПа ?

ОТВЕТ: Напряжения изгиба _F = w_tFY_FS / m  _FP или _F = w_tF / m 

 _FP / Y_FS, где w_tF / m - const для z₁ и z₂. Поэтому _F опаснее там, где мень

ше _FP / Y_FS. Для z₁: 200 /4 = 50; для z₂; 160 /3,2 = 50. В принципе расчет можно выполнять по любому зубу, но предпочтительнее по z₁, так как при уменьшении z Y_FS и _F возрастают.

4.1. На какой призме (стальной или чугунной) и каким образом необходимо рихтовать стальной и чугунный валы для устранения излишнего радиального биения ?

4.2. Назовите предельные напряжения для оценки прочности деталей при следующих материалах и нагрузках:

1) Сталь 20, F- const; 4) Сталь 45, F - var;

2) Сталь 35ХГСА (HRC_э 62), F - const; 5) СЧ 15, F - const.

3) СЧ 20, F - var;

4.3. Нарисуйте и сравните по усталостному воздействию на деталь следующие циклы изменения напряжений _R: R = -5; R = -1; R = 0: R = +1.

Может ли быть цикл при R >+1 ?

4.4. Как и во сколько раз изменится долговечность детали, если при

m = 6 и N < N₀ _lim уменьшить с 500 до 400 МПа ?

4.5. Для изготовления сварного корпуса редуктора на складе предложили стальные листы толщиной 8 мм из сталей 20 и 45. Какой материал Вы выберете?

4.6. Что Вы можете предложить, если стыковое сварное соединение при переменной нагрузке показало недостаточную прочность ?

4.7. Какое сварное соединение прочнее (k = ) при одинаковой

ширине b ?

Рис. к задаче 4.7

Рис. к задаче 4.8

4.8. Проведите экспертизу узла фермы (уголок 80х80х6, z₀ = 21,9 мм,

l = 200 мм, сталь Ст3), нагруженного силой F = 100 кН. Сварка ручная.

4.9. Что лимитирует несущую способность заклепки, если допускаемое напряжение на срез - [], на смятие - [_см] = 1,8[], d = 1,25  ?

4.10. Какое из двух заклепочных соединений при одинаковых параметрах рациональнее ?

Рис. к задаче 4.9 Рис. к задаче 4.10 4.11. У какой резьбы (однозаходной М10х1,5 или двухзаходной М10х1 ) самоторможение выше ?

4.12. Правильно ли назначены классы прочности:

1) болта 5.8, гайки 5 ; 2) болта 6.8, гайки 4; 3) болта 4.6, гайки 8 ?

4.13. В какие материалы завинчена шпилька М16, если на чертежах указаны l₁ : 16, 20, 28, 32, 40, 63 мм ?

4.14. В каком из двух вариантов соединения кронштейна с колонной расположение болтов рациональнее ?

Рис. к задаче 4.14

Рис. к задаче 4.15

4.15. Какая из двух конструкций, работающих при F- var и состоящих из одинаковых деталей, является более предпочтительной по прочности болта ?

4.16. Во сколько раз различаются диаметры болтов (с зазором и без зазора), нагруженных сдвигающей силой F ?

4.17. Из расчета на прочность болты крепления редуктора к раме и рамы к фундаменту получились равными М6. Объясните, почему на практике они были приняты соответственно равными М12 и М16 ?

4.18. Почему невыгодны в узлах при их сборке на болтах сплошные стыки большой площади на лапах?

4.19. Для приведенных схем крепленния редукторов к раме укажите наиболее нагруженные болты (обозначено: Б - быстроходный вал; Т - тихоходный вал; стрелка - направление вращения вала).

1) редуктор Ц2, z = 6 2) редуктор КЦ, z = 8 3) редуктор ЦЧ

4.20. Соединить ступицу с валом можно шпонкой, шлицами и гаранти-рованным натягом. Что бы Вы предпочли и почему ?

4.21. Для участка вала (d = 71 мм, l = 80 мм) выбрать призматические шпонки исполнений 1, 2, 3. Как изменяется несущая способность соединения в зависимости от исполнения шпонок ?

4.22. По какому элементу следует вести расчет на прочность в соеди-нении: вал (сталь 40ХН) – шпонка (сталь 45) – ступица (силумин АЛ4) ? Где действующие напряжения больше ?

4.23. На сколько больший момент (в %) может передать шлицевое соединение 8х46х54 средней серии по ГОСТ 1139-80 по сравнению с соединением легкой серии того же внутреннего диаметра вала ?

4.24. Достаточно ли посадки 56H7/r6 зубчатого колеса на вал (l /d =

= 1,0; d₂ = 1,5d - диаметр ступицы) для передачи момента Т = 900 Нм ?

4.25. На чертеже обозначено : 8-7-7 С ГОСТ 1643-81. Что это такое?

4.26. С определения какого параметра и почему теоретически начинается проектировочный расчет следующих передач:

1) редуктора Ц2 ( HRC_э < 50 ) ;

2) открытой цилиндрической ;

3) шевронной ( HB < 350 ) ;

4) планетарной ( НRC_э 48 ) ;

5) конической с круговыми зубьями ( HRC_э 56...63 ) ;

6) червячной ?

4.27. Какова минимальная величина смещения исходного контура из условия неподрезания зубьев и диаметр заготовки шестерни, имеющей = 20⁰ ; m = 5 мм; z₁ = 10 ?

4.28. Почему при массовом и крупносерийном производствах зубчатые колеса на промежуточных валах редукторов Ц2 имеют разные наклоны зубьев?

4.29. Предложите материалы, термообработку и укажите твердости зубьев:

1) для косозубой цилиндрической передачи в мелкосерийном производстве ;

2) для конической передачи редуктора массового производства ;

3) для z₁ - сталь 20ХНМ, z₂ - сталь 40ХН ;

4) для планетарной передачи транспортной машины мелкосерийно-го производства ;

5) для червячной передачи при v_s = 3 м/с .

4.30. Укажите величины расчетных _HP (_HP1 = 600 МПа, _HP2 =

= 480 МПа) для цилиндрической зубчатой передачи :

1) c прямыми зубьями ; 2) с косыми зубьями.

4.31. Определите ширину z₁ и z₂ зубчатой цилиндрической передачи при u = 5, a_W = 200 мм, _bd = 0,8.

4.32. В каком случае ширина зубчатого колеса при одинаковых d и l может быть принята наибольшей :

l l l

z

z z

4.33. Изобразите силы в цилиндрической зубчатой передаче :

1) z₁; наклон зуба - правый, вращение - правое ;

2) z₂, наклон зуба - левый, вращение - правое ;

3) z₂ с внутренними зубьями, наклон - правый, вращение - левое.

4.34. Изобразите силы в червячной передаче: 1) расположение z₁ - нижнее, вращение – левое; 2) z₁ - верхнее, вращение – левое. Как влияет расположение червяка на величину и направление сил ?

4.35. Укажите наклон зубьев и направление вращения :

F_a

F_t

1) z₁: F_a F_t 2) z₂: F_a /2 3) z_1:

F_r

F_r

F_t /2 F_t /2

4.36. Изобразите силы в полюсах зацепления P и наклоны зубьев для зубчатых колес следующих промежуточных валов:

1)

4.37. Предложите меры обеспечения контактной выносливости зубьев, если при расчете оказалось:

1) _H = 800 МПа > _HP = 640 МПа ;

2) _H = 800 МПа > _HP = 780 МПа .

4.38. На сколько можно увеличить передаваемый момент, если нагрузка тихоходной ступени редуктора Ц2 вызывает в зубьях _F 60% от _FP и _H 80% от _НР ?

4.39. Что Вы можете рекомендовать по повышению изгибной прочности зубьев шестерни цилиндрической передачи ?

4.40. Как изменятся напряжения _H и _F, если зубчатую передачу с z₂ =

= 100, z₁ = 25, m_n = 4 мм, b_W = 75 мм,  = 12⁰ заменить на z₂ = 200, z₁= 50, m_n= 2 мм, b_W = 75 мм, = 12⁰ ?

4.41. Как определить _F1 зубчатой передачи, если известно _F2 ?

4.42. Какой осевой форме зуба соответствует коническое колесо, если на чертеже: 1) вершины О и О_f не совпадают ;

2) вершины О и О_f находятся в одной точке ;

3) образующие конусов параллельны ?

4.43. Какие размеры следует принять окончательно, если расчетами получены d_e2 : 128; 151; 180; 230; 303; 580 мм ?

4.44. Какие колеса можно нарезать стандартными червячными фрезами при следующих передаточных числах u = 5; 10; 21; 31,5; 59; 100 ?

4.45. Возможно ли червячное колесо z₂ = 50 при a_W = 160 мм, m = 5 мм,

q = 12,5, x = + 0,75 мм заменить новым при z₂ = 52 ?

4.46. Как влияет на КПД червячной пары:

1) увеличение z₁; 2) увеличение m в d₁; 3) уменьшение v_s ?

4.47. Червячную пару z₁ = 1, z₂ = 32, m = 20 мм, q = 8 планируют за- менить на z₁= 2, z₂ = 64, m = 10 мм, q = 8. Допустима ли такая замена в пределах старого корпуса редуктора ?

4.48. Укажите значения m_n цилиндрической передачи, если расчетом получены величины : 0,9; 2,2; 3,15; 3,75; 4,4; 6,3; 9,04 мм .

4.49. В соосном редукторе Ц2С обе ступени выполнены из одинаковых материалов одинаковых размеров. Разумно ли это ?

4.50. Какая цепная передача (p = 19,05 или 25,4 мм) будет иметь боль-шую износостойкость при одинаковых T и v ?

4.51. Почему невыгодно применять 3-х и особенно 4-х рядные цепи ?

4.52. Почему ограничиваются числа зубьев звездочек (z_1min и z_2max) цепных передач?

4.53. Почему при износе цепи ПР рекомендуют удалять два звена ?

4.54. Чем объясняют большой выигрыш в силе передачи винт-гайка?

4.55. В проекте конической фрикционной передачи один из катков был выполнен из текстолита. Из-за отсутствия текстолита каток сделали из чугуна с кожаной обкладкой. Правомерно ли такое действие ?

4.56. Привод с клиноременным вариатором работает от электродвигателя с постоянным отношением P/n . Для какого положения конусов вариатора в диапазоне регулирования следует рассчитывать ремень ?

4.57. Межосевое расстояние a = 3 м ременной передачи с d₁ = 400 и d₂ = = 1000 мм необходимо сократить на 1 м. Как при этом изменится длина ремня, его тяговая способность и долговечность ?

4.58. Тяговая способность ременной передачи оказалась недостаточной, поэтому был установлен натяжной ролик, изменивший ₁ со 120⁰ до 200⁰. Во сколько раз изменится тяговая способность передачи, если f = 0,3 ?

4.59. В плоскоременной передаче в 1,5 раза увеличили диаметры шкивов и в 1,2 раза уменьшили толщину ремня. Как изменятся _И в ремне ?

4.60. По какой величине мощности электродвигателя (по потребной P = = 8 кВт или номинальной P = 11 кВт ) следует вести расчет привода ?

4.61. Проведите экспертизу и изобразите правильную кинематическую схему привода.

Обозначено:

1 - электродвигатель;

2 - муфты;

3 - открытая зубчатая передача;

4 - редуктор Ц2С;

5 - клиноременная передача;

6 - приводной барабан

4.62. Предложите кинематическую схему и определите КПД привода звездочек двухцепного транспортера, если n_ДВ= 1440 мин^-1, n_ЗВ = 5 мин^-1.

4.63. Какова частота вращения винта передачи винт-гайка качения, если скорость подачи шпиндельной головки изменить от 5 до 4800 мм/мин; резьба однозаходная, P = 16 мм.

4.64. Для промежуточного вала чер-вячно-зубчатого редуктора изобразите рас-четную схему, нанеся силы в зацеплениях и реакции опор : Р₁ - полюс зацепления быст-роходной червячной пары ; Р₂ - полюса раз-двоенной тихоходной цилиндрической пары.

4.65. Изобразите, как изменятся эпюры изгибающих моментов на выходном валу редуктора Ц2, если изменить:

1) наклон зубьев колеса; 2) вращение вала ?

4.66. Общее передаточное число редуктора Ц2 u₀ = 31,5. Во сколько раз (без учета влияния консольной нагрузки) должны различаться диаметры входного и выходного концов валов ?

4.67. В каком из двух вариантов расположения блока (на неподвижной или вращающейся осях) требуется больший диаметр оси при постоянном нагружении, вращении и одном и том же запасе прочности. Блок работает длительное время с редкими остановками.

4.68. За счет чего можно увеличить жесткость стального вала ?

4.69. Какие конструктивные решения можно применить, чтобы вывести вал из зоны резонансных колебаний ?

4.70. Какой из подшипников в предложенных схемах воспринимает внешнюю осевую силу F_A ?

4.71. В какой зоне контакта тела каче-ния с кольцами в подшипнике _Н больше ?

4.72. Какие типы подшипников качения следует назначить, если F_a / VF_r равны: 0,2; 0; 0,6; 2; 8; 20 ?

4.73. Какие подшипники из предложенных пар и почему имеют боль-шую грузоподъемность: 208 или 408; 208 или 2208; 36308 или 36318;

7208 или 7508; 7210 или 7210А ?

4.74. Какой наименьший диаметр d_П должен иметь подшипник при его монтаже через выходной цилиндрический конец вала d = 50 мм без съема шпонки с последнего ?

4.75. Подшипник 416 (С = 128 кН) после выхода из строя был заменен на 32416 (С= 248 кН). Какого изменения L_h можно ожидать, если F_r= 3000 Н ?

4.76. Насколько изменится долговечность шарикоподшипника, если

нагрузку на него увеличить вдвое, а частоту вращения уменьшить в 2 раза?

4.77. Как изменится долговечность подшипника, если требование по надежности увеличить с 0,9 до 0,96 ?

4.78. Что Вы предпримете, если из 200 подшипников, установленных в редукторах, 16 преждевременно вышли из строя из-за усталостного выкрашивания ?

4.79. Какова допускаемая частота вращения подшипника 212 при пластичной смазке ?

4.80. Какой из подшипников скольжения ( гидродинамический или гидростатический ) Вы установите в узле при его работе с частыми пусками и остановками ?

4.81. Какой из двух одинаковых подшипников скольжения, работающих при недостаточной смазке, имеет большую износостойкость, если один работает при p = 40 МПа и v = 3 м/с, а другой-при p = 30 МПа и v = 5 м/с?

4.82. Промежуточные валы редукторов Ц2 и КЦ установлены на ролико-вых конических подшипниках. Почему на валу редуктора Ц2 - один винтовой регулятор “осевой игры”, а на валу редуктора КЦ - их два ?

4.83. Изобразите эпюры вращающих моментов на валах редукторов

1) 2) 3)

4.84. Сделайте выводы и предложите выход, если для пружины сжатия скорость перемещения подвижного конца задана 7 м/с, а критическая скорость получилась равной 5,6 м /с.

4.85. Муфта имеет допустимый момент [T] = 800 Нм. Можно ли её использовать в приводе с номинальным моментом Т = 500 Нм и коэф-фициентом динамичности 2...2,5 ?

4.86. За счет чего можно увеличить передаваемый момент в предохранительной фрикционной муфте ?

4.87. Как влияет на величину Т увеличение угла наклона кулачков в кулачковой предохранительной муфте ?