Расчет и проектирование резьбовых соединений с использованием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.81(075)

В.Н. Бельков, V.N. Belkov, e-mail: belkov@mail.ru Н.В. Захарова, N.V. Zacharova, e-mail: zacharova@mail.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРМ WINMACHINE

CALCULATION AND DESIGN OF CARVING CONNECTIONS WITH USE OF A AUTOMATED WORKPLACE OF WINMACHINE

Показаны возможности использования АРМ WinMachine при расчете и проектировании резьбовых соединений. Приведены иллюстрации, поясняющие выполнение расчетов.

Ppossibilities of use of an automated workplace of WinMachine are shown in article at calculation and design of carving connections. The illustrations explaining performance of calculations are given.

Ключевые слова: резьбовые соединения, расчет, проектирование

Keywords: carving connections, calculation, design

Расчет выполняется c использованием программного продукта - системы автоматизированного проектирования машин APM WinMachine (в частности ее модуля АРМ WinJoint («Windows» - модуль работает в среде Microsoft Windows, «Joint» -соединение). АРМ WinJoint предназначен для расчёта и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций, в частности для расчета резьбовых соединений. При этом в качестве элементов крепления могут быть рассчитаны болты, поставленные в отверстие с зазором и без, винты и шпильки, установленные в произвольном порядке, предназначенные для соединения произвольных поверхностей и работающие при произвольном внешнем нагружении.

Для решения поставленной задачи значительный интерес к модулю представляют:

1. графические возможности

Автоматическое отображение координат точек на графиках и схемах;

Цветное изображение элементов внешних и внутренних контуров соединения улучшает восприятие задачи и полученного решения;

2. возможность анализа схем

27

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014

Возможность для анализа напряженного состояния конструкции предоставляется за счет изображения нагрузок на винты и давлений в контакте деталей в виде карт в цветном исполнении, с помощью которых можно определить мало напряженные участки и, в случае необходимости, отредактировать конструкцию с целью получения оптимального решения.

Схема проектирования и расчета соединений

После задания вида соединения (резьбовое) и вида постановки болта в отверстие (с зазором, без зазора) выполняют:

1. Задание геометрии. Чтобы определить геометрию резьбового соединения нужно задать форму опорной поверхности, определяемую внешними и внутренними контурами, и разместить на ней болты (справочник команд: формирование внешних и внутренних контуров, определение стыков, размещение болтов на поверхности).

2. Размещение нагрузок, действующих на соединение. Нагрузки могут быть приложены в любой точке. Для болтов без зазора они могут быть только в плоскости стыка, с зазором - как в плоскости стыка, так и в перпендикулярной к ней (справочник команд: нормальная сила, касательная сила). Окно ввода нормальной к плоскости стыка силы приведено

на рис. 1, касательной к плоскости стыка силы - на рис. 2.

Рис. 1. Окно ввода нормальной Рис. 2. Окно ввода

касательной к плоскости стыка силы к плоскости

стыка силы

3. Ввод исходных данных.

Кроме геометрии соединения, внешних нагрузок для расчета задается ряд других параметров, которые характеризуют выбранные материалы: коэффициент запаса по смятию (1,1... 1.4); коэффициент запаса по сдвигу ( 1.1 ... 1.4); коэффициент основной нагрузки (0.2.. 0.3) (для контакта металлических поверхностей); предел текучести; коэффициент трения; предел прочности.

4. Проектировочный расчёт. В процессе расчёта вычисляются геометрические параметры соединения и нагрузки на болты и на плоскость стыка

5. Проверочный расчёт. Проверочный расчет выполняется после проектировочного при прежней геометрии. В данном типе расчёта можно изменять диаметр болтов , что будет влиять на значения коэффициентов запаса.

28

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014 6. Просмотр результатов расчета

Независимо от способа постановки болта вычисляются следующие геометрические параметры:

1. Площадь.

Под площадью для резьбовых соединений понимается площадь поверхности стыка.

2. Координаты центра масс.

3. Осевые моменты инерции, относительно двух взаимно перпендикулярных осей (X и У).

4. Угол наклона главных центральных осей. Для "ТСДиаметр болта - диаметр стержня болта.

Максимальная сдвигающая нагрузка на болт - нагрузка, приложенная в плоскости стыка, действующая на наиболее нагруженный болт.

Минимальная толщина пластины - наименьшая толщина пластины, при которой фактические напряжения смятия равны допускаемым.

При проверочном расчёте добавляется коэффициент запаса:

Коэффициент запаса прочности по сдвигу - отношение допускаемого напряжения сдвига материала болта к фактически действующему напряжению наиболее нагруженного болта.

Нагрузки на винты, полученные по результатам расчета, представляются в виде карт нагрузки на винты, а давление в контакте представляется в виде карты удельных давлений. Из анализа карты давлений можно определить вероятность разрушения давление в контакте. Карты нагрузок на винты дают представления об эффективности их использования.

На рис. 3 приведена расчетная схема нагружения соединения силой, на рис. 4 - результаты расчетов, на рис. 5 - карта давлений.

Файл Рыатфжм* ЕЫ Устмпкн Кстрингч Пхтром* Дмые Расчет Рюуялвм... '

' - Я! - Ш [ I - 5., ..в;.

Рис. 3. Расчетная схема нагружения

Рис. 4. Результаты расчетов соединения силой

Результаты

Геометрия

Птащь стыка [кв.мм] 247ЭЭ.З

У координата центра масс стыка [мм] 129.35

V координата центра масс стыка [мм] 104.789 Момент инерции стыка относит, центральных осей

относит. горизонтальной оси [мм"4] Э5354е+007

относит. вертикальной оси [ммл4| 101472е+0П7

Угол наклона главны* центральный осей [Гран] 17.5

Ок

Карта давлений Справка

Нагрузка

Диаметр! стержня болта [мм] 6.34367

Максимальная сцеигающая нагрузка на болт 5064.95

Минимальная толщина пластины [мм] 61

29

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014

г"

Рис. 5. Карта давлений

Библиографический список

1. Основы проектирования машин / Шелофаст В.В. - М. : Изд-во АПМ, 2000. - 472 с.

2. АРМ 'тМасЫпе. АРМ 'т-Гот! Руководство пользователя. НТЦ «АПМ»