Горелов В.Н., Лукьянова А.Н. Проектирование деталей машин с использованием программного комплекса ANSYS

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.4.6. Повороты сечений вала (вид сверху): а) относительно оси X;

б) относительно оси Y; в) относительно оси Z.

21. Анализ эквивалентных напряжений в конструкции:

Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot /

Nodal Solu / Stress / von Mises stress *OK

Рис. 4.4.7. Картина изолиний эквивалентных напряжений (вид сверху).

22. Анализ эквивалентных деформаций в конструкции:

Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot /

Nodal Solu / Total Mechanical Strain / von Mises total mechanical

strain *OK

Рис. 4.4.8. Картина изолиний эквивалентных деформаций (вид сверху).

23. Завершение работы в программе ANSYS с сохранением базы

данных:

Utility Menu / File / Exit

Exit from ANSYS Save Everything *OK

5. Использование результатов КЭ моделирования в курсовом

проектировании деталей машин

5.1. Расчет долговечности подшипников

Полученные в ходе конечно-элементного решения значения ре-

акций в опорах (п. 17 в главах 4.1, 4.2, 4.3) далее используются в рас-

чете суммарных радиальных реакций в опорах и определении долго-

вечности подшипников [1].

5.2. Расчет коэффициента запаса прочности вала

На основании результатов конечно-элементного моделирования

выполняется расчет прочности вала. Проверочный расчет вала на

прочность выполняется на совместное действие изгиба и кручения.

Цель расчета – определить коэффициенты запаса прочности в опас-

ных сечениях вала и сравнить их с допускаемыми значениями [1]:

Расчетные коэффициенты запаса прочности определяются на ос-

новании эпюр изгибающих и крутящих моментов (рис. 4.1.20, 4.2.2,

4.3.3), полученных в результате конечно-элементного моделирования.

Определяются суммарные изгибающие моменты в наиболее нагру-

женных сечениях вала (рис. 4.1.19, 4.2.3, 4.3.2) и источники концен-

траций напряжений в опасных сечениях. Концентраторами напряже-

ний являются: места посадки подшипника с натягом, ступенчатый

переход галтелью, посадка колеса с натягом, шпоночный паз и другие

элементы в зависимости от конструкции передачи. При действии в

расчетном сечении двух источников концентрации напряжений учи-

тывают только наиболее опасный из них [1].

5.3. Расчет валов на жесткость

Валы и оси, рассчитанные на статическую или усталостную

прочность, не всегда обеспечивают нормальную работу машин. Под

действием нагрузок валы и оси в процессе работы деформируются и

получают линейные прогибы и угловые перемещения, что, в свою

очередь ухудшает работоспособность отдельных узлов машин. Так,

например, значительный прогиб вала электродвигателя увеличивает

зазор между ротором и статором, что отрицательно сказывается на

его работе. Угловые перемещения вала или оси ухудшают работу

подшипников, точность зацепления передач и т. п. Для обеспечения

требуемой жесткости вала или ocи необходимо произвести расчет на

изгибную или крутильную жесткость.

Параметрами, характеризующими изгибную жесткость валов и

осей, являются прогиб вала и угол наклона сечения вала.

Условие для обеспечения в процессе эксплуатации требуемой

жесткости на изгиб:

f≤[f] и θ≤[θ],

где f - действительный прогиб вала (оси), определяемый по рас-

чету; [f] - допускаемый прогиб (табл. 5.1); θ и [θ] - действительный и

допускаемый углы наклона (табл. 5.1).

Крутильная жесткость и угол закручивания валов в различных

машинах имеют неодинаковое значение. В тех случаях, когда с одно-

го трансмиссионного вала движение синхронно передается несколь-

ким взаимозависимым исполнительным механизмам, например в ме-

ханизмах крановых мостов и порталов, поперечин тяжелых станков и

т. п., угол закручивания вала должен быть небольшим - порядка 15'

(0,00436 радиан) на метр длины вала. В точных металлорежущих

станках и устройствах автоматического управления и контроля углы

закручивания должны быть еще меньше - порядка 5' (0,001454 ради-

ан) на метр длины. В других машинах, таких, как автомобили, трак-

торы, морские и речные суда, главные приводные валы могут иметь

значительно большие углы закручивания без ущерба для работы ма-

шины.

Таблица 5.1

Допускаемые прогибы вала [f] и углы наклона [θ]

Конструкция

Параметр

Максимальный прогиб, мм

Валов общего назначения при длине вала l

[f]=(0,0002-0,003) l

В месте установки зубчатых колес

[f]=(0,01-0,03) m,

где m - модуль

Валов червяков

[f]=(0,005-0,01) m

Угол наклона сечения вала [θ], рад

Радиальный шарикоподшипник

θ=0,01

Подшипник скольжения

θ=0,001

Сферический шарикоподшипник

θ=0,05

Для валов машин, в которых опасны крутильные колебания, на-

пример в приводах от поршневых двигателей, крутильная жесткость

имеет большое значение для предотвращения резонансных колеба-

ний.

Пример: анализируя результаты уточненного конечно-

элементного анализа выходного вала (рис. 4.4.3 – 4.4.6) проведѐн рас-

чет жесткости, представленный в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Расчетные и допускаемые прогибы вала [f] и углы наклона [θ]

Конструкция

Параметр

расчетный

допускаемый

Максимальный прогиб, мм

=0.026875

=0.029829

[f]=0.0476…0.714

В месте установки зубчатых колес

=0.026875

=0.029829

при m=2мм,

[f]=0,02…0,06 мм

Угол наклона сечения вала, в месте

установки радиального шарикопод-

шипника, рад

Θ=0,000813

[θ]=0,01

Заключение

В данном учебно-методическом пособии представлена методика

использования инженерного программного комплекса ANSYS при

выполнении курсового проектирования деталей машин. Учебно-

методическая новизна и практическая ценность полученных резуль-

татов заключается в наглядности, автоматизации и сокращении сро-

ков выполнения проверочных расчетов прочности деталей в курсовом

проектировании.

Владение представленной методикой повышает уровень теорети-

ческой подготовки студентов, сокращает время выполнения курсово-

го проектирования; обеспечивает возможность самоконтроля при ис-

пользовании различных методик расчета.

Библиографический список

1. Горелов В.Н., Кичаев Е.К, Кокорев И.А. Курсовое проектирование де-

талей машин: учебное пособ./ В.Н Горелов, Е.К Кичаев, И.А. Кокорев. –Самара.

Смар. гос. техн. ун-т, 2009. – 257 с.

2. Чернавский, С.А. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. по-

соб. для техникумов / С.А. Чернавский, К.Н. Боков и др. - М.: Машиностроение,

1988. - 415 с.

3. Шейнблит, А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. по-

соб. / А.Е. Шейнблит. - Калининград: Янтарный сказ, 2005. - 455 с.

4. Чернилевский, Д.В. Детали машин. Проектирование приводов техноло-

гического оборудования: учеб. пособ. / Д.В. Чернилевский. - М.: Машинострое-

ние, 2002. - 560 с.

5. Андросов, А.А. Расчет и проектирование деталей машин: учеб. пособ. /

А.А. Андросов. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 286 с.

6. Дунаев, П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование: учеб. пособ. /

П.Ф. Дунаев. - М.: Машиностроение, 2004. - 560 с.

7. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособ. /

П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - М.: Academia, 2004. - 496 с.

8. Балдин, В.В. Детали машин и основы конструирования: Передачи:

учеб. пособ. / В.В. Балдин, В.В. Галевко. - М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. - 332 с.

9. Иванов, М.Н. Детали машин: учебник / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. -

М.: Высш.шк., 2005. - 408 с.

10. Андриенко, Л.А. Детали машин: учебник / Л.А. Андриенко, Б.А. Байков,

И.К. Ганулич и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. - 520 с.

11. Иосилевич, Г.Б. Детали машин: учебник для машиностроит. спец. ву-

зов / Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1988. - 366 с.

12. Решетов, Д.Н. Детали машин: учебник для машиностроит. и мех.

спец. вузов / Д.Н. Решетов. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

13. Скойбеда, А.Т. Детали машин и основы конструирования: учебник /

А.Т. Скойбеда. - Минск: Высш. шк., 2006. - 560 с.

14. Курмаз, Л.В. Детали машин: Проектирование: справ. учеб.-метод. по-

соб. / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда. - М.: Высш. шк., 2005. - 308 с.

15. Детали машин: Атлас конструкций: в 2 ч. Ч.1, Ч.2/под ред. Д.Н. Реше-

това. - М.: Машиностроение, 1992.

16. Анурьев, В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3 т. /

В.И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 1992.

17. Крайнев, А.Ф. Детали машин: словарь – справочник / А.Ф. Крайнев. -

М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.

Приложение

Таблица П1

Стандартный ряд величины диаметра вала из ряда Rа40

мм

10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30;

32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95;

100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160

в а л

с т у п и ц а

в а л

с т у п и ц а

в а л

Рис. П.1. Высота буртика в зависимости от диаметра вала

Таблица П2

Значение t и r в зависимости от диаметра вала

вал

17…22

24…30

32…38

40…44

45…50

52…58

60…65

67…75

80…85

≥90

цил

3,5

4,5

4,6

5,1

5,6

кон

1,5

1,8

2,0

2,3

2,5

2,7

2,9

подш

1,5

2,0

2,5

3,5

ступ

1,2

1,6

2,5

Таблица П3

Обозначения параметров в программе ANSYS

Обозначение параметра

и его название

Обозначение в командах

ETABLE и ESOL

Item - шифр

узел I

узел J

FX - осевая сила

SMISC

MY - изгибающий момент

SMISC

MZ - изгибающий момент

SMISC

MX - крутящий момент

SMISC

SFZ - поперечная сила в плоскости XY

SMISC

SFY - поперечная сила в плоскости XZ

SMISC

EX - осевая деформация

SMISC

KY - деформация изгиба в плоскости XZ

SMISC

KZ – деформация изгиба в плоскости XY

SMISC

KX - деформация кручения

SMISC

SEZ - напряжение изгиба в плоскости XY

SMISC

SEY - напряжение изгиба в плоскости XZ

SMISC

Area - площадь поперечного сечения

SMISC

Учебное издание

ГОРЕЛОВ Владимир Николаевич

ЛУКЬЯНОВА Альбина Николаевна

Проектирование деталей машин с использованием программного комплекса ANSYS

Редактор С.И.Костерина

Компьютерная верстка И.О. Миняева

Выпускающий редактор Н.В. Беганова

Подп. в печать __.__.11.

Формат 60×84

Усл. п. л. 4,38. Уч.-изд. л. __.

Тираж __ экз. Рег.№ Е6/10.

___________________________________________________________________

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

443100, г. Самара, Молодогвардейская, 244. Главный корпус