Анализ и выбор материала для детали полумуфта

В процессе эксплуатации устройства полумуфта подвергается крутящим, а так же изгибающим и  ударным нагрузкам. Выход из строя полумуфты может быть связан с её деформацией, износом или разрушением.

Полумуфта работает в достаточно тяжело нагруженных  условиях. Для обеспечения долговечной  работы полумуфты, так и всего  механизма эта деталь должна обладать комплексом достаточно высоких механических свойств.

Рис. 9 Ленточный  конвейер

 

 

 

Выбор и обоснование выбора материала

Втулочно-пальцевая  муфта должна выдерживать большие  нагрузки на волу, поэтому материал, из которого будет сделана полумуфта, должен обладать большой прочностью, для того чтобы при нагрузках деталь не деформировалась. Рассмотрим три материала, для изготовления детали: сталь 45,сталь 12Х25H16Г7АР и чугун сч10.

Предел прочности  для материалов:

-предел прочности, [МПа]

 

-предел прочности стали45

[4] 

-предел прочности стали  12Х25Н16Г7АР

=49 МПа[4]

-предел прочности чугуна  СЧ10

100 МПа[9]

 

Для того чтобы  определить какой материал наиболее подходящий  для изготовления полумуфты  необходимо произвести расчеты на прочность.

Расчет на смятие полумуфты:

 

b -диаметр полумуфты

b=140 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

d -диаметр отверстия

d =14 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

n- число отверстий

n=6 [ размеры получены в ходе проектирования]

t- толщина полумуфты

t=20 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

M-момент силы, [Н м]

- угловая скорость [рад/с]

Р- усилие, [Н мм²]

R- радиус окружности

R=50 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

N-мощность, [кВт]

N=10 кВт  [ размеры получены в ходе проектирования]

n- число оборотов в минуту

n=20 [ размеры получены в ходе проектирования]

Расчетная формула:  

;      

                                     (1)

                                                (2)

=95,7 Н/ ;                                              (3) 
                                       

 

Полученный  предел прочности можно сравнить с пределами прочности материалов:

 сталь 12Х25Н16Г7АР  не удовлетворяет условию прочности.

 

Расчет на смятие ступицы:

d- диаметр вала

d=32 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

h- высота шпонки

h=8 мм. [ 11]

l- длина шпонки

 l=60 мм. [ размеры получены в ходе проектирования]

t- выступающая часть

t=3,3 мм. [11]

b- ширина шпонки

 b=10 мм. [11]

Т- момент силы, [Н мм] (Т=М)

Т=4784 Н мм (2)

-предел прочности [МПа]

Расчетная формула:  

 

Предел прочности  для материалов:

-предел прочности  стали45

[4] 
-предел прочности стали 12Х25Н16Г7АР

=49 МПа[4]

-предел прочности чугуна  СЧ10

[9]

Напряжение  не велико,  выбор материала не существенен.

Расчет болтов на прочность:

 

D-диаметр болта

D=12 мм. [10]

h- высота гайки

 h=70 мм. [10]

P-усилие [ МПа]

P=95,7 Н/мм²  (3)

-предел прочности болта  [МПа]

- экспериментально доказанный  предел прочности болта [МПа]

Расчетная формула:  

 

По  экспериментальным  данным, [1]

, что удовлетворяет условию.

В качестве материала  для изготовления болтов и гаек чаще всего выбирают сталь марки Ст-35. Это обеспечивает достаточную прочность болтов на разрыв и срез, а также стойкость резьбы против смятия и срезания при больших усилиях затяжек.

  В случае  изготовления болтов и гаек  из более мягких сталей, чем  сталь Ст- 35, легко будут срезаться  или сминаться не только витки резьбы, но и грани головки болта при многократном заворачивании его ключом.

 Более твердый  материал для болтов, чем сталь  Ст- 35, делает крепеж хрупким, что  также плохо для этих изделий.

Обрабатываемость резанием

Обработка металлов резанием, технологические процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды: точение, строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование и зубофрезерование, шлифование, хонингование и др. Закономерности О. м. р. рассматриваются как результат взаимодействия системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД). Любой вид О. м. р. характеризуется режимом резания, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания v, глубина резания t и подача s. Скорость резания — скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача — скорость в направлении движения подачи. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей — перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об. Глубина резания— толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла рассматриваются такие элементы резания (физические параметры): толщина срезаемого слоя и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных t и s зависит от главного угла в плане j.

Сталь 45 обрабатывается резанием лучше, чем чугун  СЧ10, так  как в чугуне содержание углерода 0,1%[9], который делает металл более прочным и хрупким. Сталь 45 имеет содержание углерода 0,045% [4] и имеет лучшую пластичность, что немало важно при обработке металлов резанием.

Заключение

Целью данного  курсового проекта является выбор и обоснование материала для изготовления детали полумуфта. После  выполнения расчетов,можно сделать вывод,что из всех взятых материалов самым технологичным для полумуфты является сталь 45 и стали с такими же механическими свойствами. В расчетах на прочность видно,что сталь 12Х25H16Г7АР не подходит так как предел ее прочности меньше,чем требуемый предел прочности муфты. Сталь 45 и чугун СЧ10 подходят , но по условию прочности сталь 45 подходит лучше.

Назначение  муфты - передача вращающего момента без изменения его значения и направления, то есть полумуфта является телом вращения. Тела вращения обрабатываются с помощью станков токарной группы одной из разновидностей резания– точением.

Сталь 45 обрабатывается резанием лучше, чем чугун  СЧ10,так как чугун хрупкий и плохо выдерживает ударные нагрузки при обработке. При этом качество получаемой поверхности заметно ниже. На основании этого мы выбираем в качестве материала для полумуфты – сталь 45, как наиболее подходящую по всем параметрам анализа. В ходе проведенного анализа цель курсовой работы была достигнута.

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

1. М.Н. Иванов «Детали машин», Москва. «Высшая школа» 2000г.
2. Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина «Детали машин», Москва. «Высшая школа» 1987г.
3. Марочник стали и сплавов
4. В.Г. Сорокин «Стали и сплавы. Марочник», Москва. 2001г.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя В 3-томах. 2001
6. Н.Ф. Киркач «Расчет и проектирование деталей машин». 1991г.
7. А. М. Прохоров , Большая советская Энциклопедия.  , 3-е изд. 1973г.
8. В. С. Поляков «Справочник по муфтам». Ленинград. 1974г.
9. http://prom-metal.ru/marochnik/chugun/serii/SCH10
10. http://www.santech.ru/katalog/card.php3?cid=1900
11. Анухин В. И. «Допуски и посадки».2001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

Приложение 1. Свойства стали45[4]

Приложение 2.Своаства стали 12Х25Н16Г7АР[4]

 

Таблица 1.Размеры  болтов по ГОСТ 7798-70[10]

 

 

Приложение 3. Свойства стали 35[4]

 

 

Схема1.Классификация муфт [1]

Рис.10 Муфта  в ленточном конвейере

Муфта-4