Коммерциялық емес акционерлік қоғам 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ 

Инженерлік графика  және қолданбалы механика кафедрасы

 

 

 

МЕХАНИКА.

АРМ WinMachine жүйесінде біліктің конструкциясын өндеу және  оны беріктік пен қатаҢдыққа есептеу

 

5В0717 – Жылуэнергетика мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттері үшін зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқау

 

 

 

 

 

Алматы 2010

ҚҰРАСТЫРУШЫ: А.Д.Дінасылов, Р.Қ.Қойлыбаева. Механика. АРМ WinMachine жүйесінде біліктің конструкциясын өндеу және оны  беріктік пен қатаңдыққа есептеу. 050717 – Жылуэнергетика мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттері үшін зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқау. – Алматы: АЭжБИ, 2010. - 32 б. 

Зертханалық жұмыста  АРМ WinMaсhine жүйесіндегі АРМ Shaft модулі қолдануымен біліктің конструкциясы өнделеді,  содан кейін білік статикалық беріктікке және төзімділікке есептеледі. Жұмысты орындап және есептеу нәтижелерінің талдауын жүргізіп, студенттер «Иілу мен бұралудың біріккен әсері» және «Циклді өзгеретін жүктеме кезіндегі беріктік»  тақырыптары бойынша  өздерінің білімін жетілдіреді және компьютерлік жүйелерінде есептеу орындауына тәжірибе алады.  Жұмыс 2 академиялық сағат ішінде орындалады. Әдістемелік нұсқауда «Иілу мен бұралудың біріккен әсері кезіндегі беріктікке есептеу»  тақырыбы бойынша есептеу-графикалық жұмысты АРМ Shaft  модулінде орындаудың мысалы көрсетілген.

Әдістемелік нұсқау 050717 – Жылуэнергетика мамандығының  2 курс студенттеріне арналған, сонымен қатар «Механика» немесе «Қолданбалы механика» пәндерін оқитын басқа мамандықтардың студенттеріне де көмек бере алады.


 Мазмұны 

1 Жұмыс мақсаты мен тапсырма. Техникалық және программалық қамтамасыз ету               

4

2 Зертханалық жұмысты орындау                                                                     

5

   2.1 Біліктің конструкциясын өндеу                                                                             

5

   2.2  Білікті статикалық беріктікке және төзімділікке есептеу

13

   2.3  Біліктің тексеру есептеуін орындау     

18

   А Қосымшасы. Біліктерді статикалық беріктікке және төзімділікке есептеу    

24

   Б Қосымшасы. Біліктерді жобалау және есептеуге арналған APM Shaft модулі туралы мәлімет                                                          

 

29

   Әдебиеттер тізімі

31

 

1  Жұмыс мақсаты мен тапсырма. Техникалық және программалық қамтамасыз ету

 

Зертханалық жұмыстың мақсаты, АРМ WinMachine жүйесінің АРМ Shaft модулі қолдануымен біліктің конструкциясын өндеу және оны статикалық беріктік пен төзімділікке тексеру есептеулерін жүргізу әдістемесіне үйрету, сонымен қатар студенттердің «Бұралу», «Иілу мен бұралудың біріккен әсері», «Циклді өзгеретін жүктеме кезіндегі беріктік» тақырыптары бойынша білімін жетілдіру болып табылады.

Жұмыс 3 кезеңде орындалады. Жұмысқа тапсырма:

1 кезең: АРМ WinMachine жүйесінің АРМ Shaft  модулінде  1 суретте көрсетілген біліктің есептеу моделі құрылады.

1 Сурет

 

Білік 4 аралықтан тұрады, 2-ші аралықта ені 16 мм және тереңдігі 6 мм призмалық кілтек (шпонка) бар; 3-ші аралықта – ені 18 мм және тереңдігі 3,4 мм сыналы кілтек бар. 1-ші аралықтың ортасында радиаль мойынтірек (подшипник); 4-ші аралықтың ортасында  - радиаль-тіреуіш мойынтірек орналасқан.  Білік шеттерінде  2×45º  өлшемдерімен қиықжиектер (фаскалар), 2-ші мен 3-ші аралықтардың арасында – радиусы 1 мм ойың (галтель), 1-ші мен 2-ші аралықтар арасында және 3-ші мен 4-ші аралық арасында өлшемдері білік аралықтарының диаметріне тәуелді алынатын бунақтар жасалған.

Білік материалы – мөлшерленген құрылымдық болат 45, оның сипаттамалары келесі:  беріктік шегі 600 МПа, Юнг модулі  Е=210000 МПа,  Пуассон  коэффициенті 0,3,  материал тығыздығы 7800 кг/м3.

Берілген жүктемелер:

1) біліктің 2-ші аралығының ортасында, яғни сол жақ шетінен 80 мм қашықтығында:

- радиаль күші Fr1 ,  оның вертикаль проекциясы  - 4898,87 Н және  горизонталь проекциясы - 13300,4 Н;

- өс бойымен бағытталған күш Fа1=1870 Н (сол жаққа бағытталған);

- вертикаль жазықтықтағы момент Ма1=280 Нм (сағат тілінің қозғалысымен бірдей бағытталады);

- айналдырушы момент Т1=2000 Нм.

2) 3-ші аралықтың ортасында, яғни сол жақ шетінен 155 мм қашықтығында:

- радиаль күші Fr2 , оның тік проекциясы -14760 Н және горизонталь проекциясы  -5600 Н;

- өс бойымен бағытталған күш Fа2=5600 Н (оң жаққа бағытталған);

- вертикаль жазықтықтағы момент Ма2=320 Нм (сағат тілінің қозғалысына қарсы бағытталған);

- айналдырушы момент Т2=2000 Нм (Тбағытына қарсы).

2 кезең: біліктің статикалық беріктікке және төзімділікке есептеуі жүргізіледі, сол кезде төзімділікке есептеу үшін біліктің жұмыс қоры (ресурсы) 3000 сағат және оның айналу жиілігі 250 айн/мин алынады, содан кейін шыққан  нәтижелердің талдауы жүргізіледі;

3 кезең:  компьютерсіз есептеуді тексеру үшін АРМ WinMachine жүйесінде білікті статикалық беріктікке тексеру есептеуі жүргізіледі.

Зертханалық жұмыс дербес компьютерде, Windows XP ортасында орнатылған, құрамында АРМ Shaft модулі бар АРМ WinMachine жүйесінде  орындалады.

 

2 Зертханалық жұмысты орындау

 

Жұмысты орындау алдында А Қосымшасында берілген теориялық материалды қайталау және Б Қосымшасындағы АРМ WinMachine жүйесі мен оның АРМ Shaft модулі жөнінде мәліметпен таңысу керек.

2.1 Біліктің конструкциясын өндеу

Арқалықты есептеу программасын Пуск/Программы/АРМ WinMaсhine 2007 (v.9.4)/АРМ Shaft арқылы қосамыз, сонда білікті есептеу программасының негізгі терезесі ашылады (2-сурет).

2 Сурет

АРМ Shaft модуліндегі біліктің конструкциясын өндеу бірнеше қадамнан тұрады:

а) білік аралықтарының ұзындықтары мен диаметрлерін енгізу;

б) біліктің құрылымдық элементтерін енгізу;

в) тіректерді енгізу;

г) жүктемені енгізу;

д) білік материалының сипаттамаларын енгізу.

Бұнда а) қадамын орындағаннан кейін қалған қадамдар кез келген тізбектілікте орындалуы мүмкін.

Төменде білік конструкциясын өндеуін қадамдар бойынша орындауға нұсқаулар беріледі:

а) білік аралықтарының (цилиндрлік секцияларының) ұзындықтары мен диаметрлерін енгіземіз. Цилиндрлік секциясын жасау режімі құрал-саймандар панелінде орналасқан Цилиндр  батырмасы  арқылы (немесе Задать(Тағайындау)/Цилиндр менюі арқылы) қосылады. Тінтуірді сол жақ батырмасымен шырт еткізіп, цилиндр басы орналасатын нүктені белгілейміз. Сол жақ батырмасын жібермей, тінтуір курсорын оң жаққа орын ауыстырамыз, сол кезде курсордың артынан  тік төртбұрыш созылады, оның ұзындығы мәртебе панелінде динамикалық түрде көрсетіліп тұрады. Цилиндр жасауын аяқтау үшін, қайтадан тінтуірді сол жақ батырмасымен шырт еткізіп, ашылған Секция вала(Білік секциясы) аталған диалогтық терезесінде Длина секции(Секция ұзындығы), мм,  Левый диаметр(Сол жақ диаметрі), мм және Правый диаметр(Оң жақ диаметрі),мм енгізу өрістерінде 1-ші аралықтың ұзындығы мен диаметрін айқындаймыз (3-сурет).  2-ші цилиндрлік секцияны жасау үшін 1-ші секцияның оң жақ шетіне шырт еткізіп, оң жаққа тік төртбұрышты созамыз. Тінтуірдің сол жақ батырмасын жіберіп, оң жақ батырмасын басамыз және ашылған диалог терезесінде 4-суретте көрсетілгендей 2-ші аралықтың ұзындығы мен диаметрін енгіземіз. Осылай біліктің басқа да секцияларын 1 суретте көрсетілген өлшемдеріне сәйкес енгіземіз.  Егер білік секциясы дұрыс енгізілмесе, оны өзгертуге немесе алып тастауға мүмкіншілік бар. Ол үшін тінтуірдің оң жақ батырмасымен  секция үстіне шырт еткізіп, ашылған Секция вала  атты терезесінде сәйкес енгізу өрістерінде өзгеріс енгіземіз немесе Удалить секцию целиком (Секцияны бүтін алып тастау) батырмасын басамыз.

                                 

       3 Сурет                                                        4 Сурет

 

Жасалған файлды Мои документы/Факультет/Группа қапшығында өзіңіздің атыңызбен сақтап алыңыз,  кейін файлды мезгілімен сақтап отыру керек;

  б) біліктің келесі құрылымдық элементтерін енгіземіз: қиықжиектерді, ойыңды, бунақтарды және кілтек ойықтарын. Қиықжиекті  жасау үшін Фаска    батырмасын басамыз (Задать/Фаска менюі), курсорды біліктің сол жақ шетіне жақындатып, тінтуірдің сол жақ батырмасын басамыз, содан кейін шыққан Фаска  терезесінде қиықжиектің өлшемдерін енгіземіз немесе берілген өлшемдерді қабылдаймыз (5-сурет).  Тап осылай біліктің оң жақ шетіндегі қиықжиекті енгіземіз.  Ойыңды жасау үшін Галтель   батырмасын басамыз (Задать/Галтель менюі), курсорды біліктің 2-ші және  3-ші аралықтардың шекарасына жақындатып, тінтуірдің сол жақ батырмасын басамыз, содан кейін шыққан Галтель атты терезесінде  берілген түйіндесу радиусын енгіземіз (6-сурет).

               

                                5 Сурет                                               6 Сурет

 

 

7 Сурет

 

Біліктің 1-ші және 2-ші аралықтарының арасындағы бунақты енгіземіз. Ол үшін құрал-саймандар панеліндегі Канавка    батырмасын басамыз (Задать/Канавка менюі), курсорды біліктің 1-ші және 2-ші аралықтардың шекарасына келтіріп, тінтуірдің сол жақ батырмасын басамыз, содан кейін шыққан Выбор типа канавки(Бунақ түрін таңдау) терезесінде шеткі сол жақ түрін таңдаймыз (b, h, R өлшемдерімен) (7-сурет).  Содан кейін Канавка атты терезесінде берілген білік диметріне ұсынылған b=3 мм, h=0,25 мм, R=1 мм өлшемдерін қабылдаймыз (8-сурет).  Тап осылай 3-ші және 4-ші аралықтардың арасындағы бунақты енгіземіз.

8 Сурет

 

Сол жақтағы кілтек ойығын енгізу үшін құрал-саймандар панеліндегі Шпоночный паз закругленный с двух сторон (Екі жақтан жұмырланған  кілтек ойығы) батырмасын басып (Задать/Шпоночный паз/Закругленный с двух сторон менюі), біліктің 2-ші аралығының ортасына жақын жерде шырт еткіземіз. Шыққан Шпоночный паз  атты терезесінің Расстояние от левого торца секции вала (Білік секциясының сол жақ шетінен қашықтығы), мм  енгізу өрісінде 10 мәнін енгіземіз, Длина (Ұзындығы), мм енгізу өрісінде 60 енгіземіз (9-сурет). Содан кейін  База данных… батырмасын басып, База данных по шпонкам  атты терезесінде кілтектің Призматические  түрін  қабылдаймыз және 6 мм ойық тереңдігі бар қатарды бөліп шығарамыз (10-сурет). ОК батырмасын басып, Шпоночный паз атты терезесіне қайтып келеміз, оның ішіндегі Ширина (Ені), мм және Глубина (Тереңдігі), мм өрістері автоматтық түрде  толтырылып тұрады (11-сурет). Осыған ұқсас  біліктің 3-ші аралығының ортасында орналасқан оң жақ кілтек ойығын да енгіземіз, сол кезде деректер базасында оның түрін Клиновые (Сыналы) деп қабылдаймыз,  сонда оң жақ шпонканың параметрлері 12-суретте көрсетілгендей болады.   

            

                     9 Сурет                                                     10 Сурет

 

Егер біліктің құрылымдық элементтері дұрыс көрсетілмесе, оларды өзгертуге немесе алып тастауға мүмкіншілік бар. Ол үшін алдымен құрал-саймандар панеліндегі сәйкес құрылымдық элементтің батырмасын басамыз, содан кейін тышқанның оң жақ батырмасын элемент үстінен шырт еткізіп, шыққан диалог терезесінде элементтің параметрлерін өзгертеміз немесе элементті алып тастау батырмасын басамыз.

                  

                              11 Сурет                                                     12 Сурет

 

13 Сурет

Білік конструкциясын өндеу нәтижесі 13-суретте көрсетілген;

в) тіректерді енгіземіз. Тіректерді қою үшін Опоры (Тіректер)  батырмасын басамыз (немесе Задать/Опоры менюі), ашылған Опора атты диалог терезесінде Тип атты ашылатын тізімінен тіректің түрін таңдаймыз. Тіректердің келесі түрлері қабылдануы мүмкін:

  қозғалмайтын қатты тірек;

 қозғалмалы қатты тірек;

  серпімді тірек.

Біздің жағдайда сол жақ тіректі (радиаль мойынтірек) орнату үшін  түрін таңдаймыз, ал Расстояние от левого торца вала, мм енгізу өрісінде 20 енгіземіз (14-сурет), оң жақ тіректі (радиал-тіреуші мойынтірек) орнату үшін  түрін таңдаймыз және біліктің сол жақ шетінен 210 қашықтығын енгіземіз. 

14 Сурет

 

Егер тірек дұрыс көрсетілмесе, оны алып тастауға болады. Ол үшін Опоры  батырмасын басып және тінтуір курсорын көрсетілген тірекке жақындатып, тінтуірдің оң жақ батырмасын шырт еткізу керек, содан кейін Опора атты терезесінде Удалить опору батырмасын басу керек;

г)  жүктемені енгіземіз.  Радиаль Fr1 күшін енгізу үшін Поперечная сила   батырмасын басамыз (немесе Задать/ Поперечная сила менюі), содан кейін ашылған Поперечная сила  атты диалог терезесіндегі Расстояние от левого торца вала, мм  енгізу өрісінде 80 мәнін тереміз, ал күштің вертикаль және  горизонталь проекцияларының шамаларын сәйкес енгізу өрістерінде 15-суретте көрсетілгендей береміз. Название  және Индекс  атты күштің белгілеуін енгізуге арналған өрістерін толтырмаса да болады. Осыған ұқсас білік шетінен 155 мм арақашықтығында түсірілген Fr2   күшін де енгіземіз.

15 Сурет

Өс бойымен бағытталған  Fа1 күшін енгізу үшін  Осевая сила   батырмасын басамыз (немесе Задать/Осевая сила менюі), ашылған Осевая сила  атты диалог терезесіндегі енгізу өрістерін 16-суретте көрсетілгендей толтырамыз. Тап осылай білік шетінен 155 мм арақашықтығында түсірілген Fа2   күшін енгіземіз.

16 Сурет

 

Вертикаль жазықтығындағы Ма1  моментін енгізу үшін Момент изгиба  батырмасын басамыз (Задать/Момент изгиба менюі), ашылған Момент изгиба атты диалог терезезіндегі енгізу өрістерін 17-суретте көрсетілгендей толтырамыз. Тап осылай білік шетінен 155 мм арақашықтығындағы Ма2  моментін енгіземіз, сол кезде моменттің вертикаль проекциясы теріс таңбасымен алынады.

17 Сурет

 

Айналдырушы Т1  моментін енгізу үшін Момент кручения  батырмасын басамыз  (Задать/Момент кручения менюі), ашылған  Момент кручения  атты диалог терезесіндегі енгізу өрістерін 18-суретте көрсетілгендей толтырамыз. Тап осылай біліктің сол жақ шетінен 155 мм қашықтығында берілген Т2  моментін енгіземіз (теріс таңбасымен).

 

18 Сурет

 

Егер күштер мен моменттер көрсетілгенде, олардың түсірілген орны немесе бағыты дұрыс болмаса, онда сәйкес жүктеменің батырмасын басу керек, содан кейін  тінтуірдің сілтемесін жүктеменің орнына жақындатып, тышқанның оң жақ батырмасын шырт еткіземіз, сонда диалог терезесі ашылады, оның ішінде керекті өзгерістер жасау керек немесе жүктемені алып тастау керек.

Бағдарламаның негізгі терезесінде біліктің есептеу сұлбасы 19-суретте көрсетілгендей түрде көрсетіледі.

19 Сурет

 

д)  білік материалының параметрлерін береміз. Материал таңбасын таңдау үшін құрал-саймандар панеліндегі   батырмасын және Материал вала атты терезінде БД… батырмасын басамыз (немесе Материал/База данных… менюін қолданамыз). Содан кейін Материал атты терезесінде ашылатын тізімнен Сталь конструкционная (прокат) (Құрылымдық болат (илем)) түрін таңдаймыз,  45 таңбасын белгілеп, Выбрать(Таңдау) батырмасын басамыз (20-сурет). Сонда  Материал вала атты терезесіндегі енгізу өрістері автоматты түрде материал сипатталарының мәндерімен толтырылады (21-сурет). Материалды деректер базасынан таңдамай ақ, Материал вала атты терезесіндегі сәйкес енгізу өрістеріне материалдың сипаттамаларын тікелей енгізсе де болады.

20 Сурет

 

21 Сурет

 

2.2 Білікті статикалық беріктікке және төзімділікке есептеу

Білікті статикалық беріктікке және төзімділікке есептеуі менюдің Рассчитать!/Общий расчет вала… пунктілерінің қолдануымен орындалады. Ресурс работы вала(Білік жұмысының қоры)  атты терезеде енгізу өрістерін толтырып, ОК  батырмасын басу керек (22-сурет). Есептеу жүргізіп, файлды сақтау керек.

Есептеу нәтижелерін қарау үшін Результаты…(Нәтижелер...) менюін таңдаймыз және ашылған  Результаты атты терезеде керекті графикті (эпюрді) тінтуірді шырт еткізіп таңдаймыз. График білік үстінде салыну үшін  осы терезеде  Рисовать вал (Біліктің суретін салу) опциясына жалаушаны қою керек (23-сурет).

 

22 Сурет

 

23 Сурет

 

Бұнда барлық ішкі күш факторларының (ІКФ), бұрышты және сызықты орын ауыстыруларының графиктерін қарауға мүмкіншілік бар. График қарау кезінде тінтуір сілтеушісі орын ауыстырғанда, мәртебе панелінде динамикалық түрде қиманың х координаты және ІКФ мәні немесе оның  у орын ауыстыруының мәні көрсетіліп тұрады.

24, 25, 26 және 27-ші суреттерде келесі графиктер көрсетіліп тұр: вертикаль жазықтықтағы июші моменттің, бұраушы моменттің, эквивалент кернеудің және төзімділік коэффициентінің.

24 Сурет

 

25 Сурет

26 Сурет

 

27 Сурет

 

Есептеу нәтижелерін қарап шығып, талдау жүргізіңіз:

1) ІКФ мен орын ауыстырулардың графиктері бойынша  олардың максималды мәндерін анықтап,  1-кестені толтырыңыз;

2) эквивалент кернеудің графигі бойынша оның максималды мәнін анықтап, біліктің статикалық беріктігі жөнінде қорытынды жасаңыз;

3) төзімділік коэффициентінің графигі бойынша оның минималды мәнін анықтап, біліктің төзімділігі жөнінде қорытынды жасаңыз.

 

1 К е с т е – ІКФ мен орын ауыстырулардың максималды мәндері

ІКФ немесе орын ауыстырудың атауы және оның өлшем бірлігі

Максималды мәні

(модульмен)

Максималды мән орын алатын қиманың координатасы, мм

1

Вертикаль жазықтықтағы июші момент, Нм

 

 

2

Горизонталь жазықтықтағы июші момент, Нм

 

 

3

Вертикаль көлденең күш, Н

 

 

4

Горизонталь көлденең күш, Н

 

 

5

Бойлық күш, Н

 

 

6

Вертикаль орын ауыстыру, мм

 

 

7

Горизонталь орын ауыстыру, мм

 

 

8

Өс бойымен орын ауыстыру, мм

 

 

8

Бұралу бұрышы, град

 

 

 

Білік есептеудің нәтижелерін талдау негізінде біліктің статикалық беріктігі мен төзімділік шарттары орындалатынын анықтаймыз. Максималды эквивалент кернеу 178 МПа тең, бұл 45 болаттың аққыштық шегінен 2 есе төмен (sТ=355 МПа). Біліктің сызықты орын ауыстырулары 0,04 мм  аспайды (білік ұзындығының 0,0002 бөлігі), ал бұрышты орын ауыстырулар 0,14 градустан аспайды. Бірақ осымен қатар 2-ші және 3-ші аралықтардың шекарасына жақын орында төзімділік коэффициенті 1 тең, яғни 1,3…2,1 арасында қабылданатын нормативтік коэффициентінен төмен.  Төзімділік коэффициентін көтеру үшін ойыңның радиусын үлкейтуге болады.  Ойыңның радиусын 2 мм алып, есептеуді жүргіземіз, сол кезде минималды төзімділік коэффициенті 1,1 тең болады. Әрі қарай ойыңның радиусын үлкейтуге болмайды, өйткені тісті дөңгелекті білік үстіне орнатқан кезде дөңгелек пен білік беттерінің түйісу ауданының жеткілікті шамасын қамтамасыз ету керек. Ойыңның радиусын 2 мм мәнінде қалдырып, механикалық қасиеттері жоғарылау материалды таңдаймыз:  аққыштық шегі 630 МПа тең  50 болатты.   Бұл жағдайдағы есептеу минималды төзімділік коэффициенті 1,4 тең, бұл төзімділік шартын қанағаттандырады.

Есептеу нәтижелерін *.rtf форматындағы файлға шығару үшін, Файл/Печать в rtf файл… менюін таңдаймыз, Выбор данных для печати   атты терезеде бұл есептеуде  жоқ шамалардан жалаушаны алып тастап,  Печать батырмасын басамыз. 

Біліктің сызбасын шығару үшін Файл/Экспорт… менюі қолданылады, ашылған Заполнение штампа  атты терезеде негізгі жазудың өрістерін толтырып,  ОК  батырмасын басу керек және ашылған сақтау терезесінде файлдын атауын беру керек. Содан кейін біліктің сызбасы бар файл APM Graph модулінде ашылады, ол АРМ WinMachine жүйесінің графикалық редакторы болып келеді және онда редакциялаудың барлык мүмкіншіліктері бар, соның ішінде өлшемдерді қою, сызықтардың түрін қабылдау және т.б.

 

2.3 Біліктің тексеру есептеуін орындау

 

Есептеу-графикалық жұмыстағы «Иілу мен бұралудың біріккен әсері кезіндегі беріктікке есептеу» тапсырмасында біліктің қолымен жүргізілген есептеуін тексеру үшін білік диаметрі үшін жобалау есептеудің нәтижесінде шыққан мәнін қабылдаңыз. Материал параметрлерін қабылдау кезінде Предел прочности, МПа атты енгізу өрісінде [σ] қауіпсіз кернеудің мәнін енгізіңіз.  Есептеу жүргізгеннен кейін шыққан эпюрлерді қолымен тұрғызылған эпюрлеріңізбен салыстырыңыз, максималды эквивалент кернеудің мәнін анықтап, оны қауіпсіз кернеудің мәнімен салыстырыңыз. Есептеу нәтижелерін   *.rtf  форматындағы файлда сақтап алыңыз.

2.3.1 Есептеуді орындау мысалы - АРМ WinMachine жүйесінде есептеу сұлбасы 28-суретте көрсетілген біліктің беріктікке және қатандыққа тексеру есептеуін жүргізу керек.  Берілгені: шкивтегі моменттер M1=1кНм және M2=0,5 кНм, D1 диаметрімен шкивтің білікке түсіретін вертикаль қысым күші  F1 = 6 кН, D2 диаметрімен шкивтің білікке түсіретін горизонталь қысым күші  F2 = 3 кН, білік  өлшемдері a=b=c=1 м, қауіпсіз кернеу [σ]=200 МПа.  Біліктің беріктікке қолымен орындалған жобалау есептеуінен білік диаметрі d=68 мм қабылданған.  

АРМ Shaft модулінде білік есептеуі келесі  тізбектілікте орындаймыз:

а) біліктің ұзындығы мен диаметрін енгізу;

б) тіректерді енгізу;

в) жүктемені енгізу;

г) білік материалының параметрлерін енгізу;

д) есептеуді жүргізу;

е) есептеу нәтижелерін қарастыру және оларды *.rtf форматындағы файлға шығару, нәтижелерді талдау.

 

 

28 Сурет

 

АРМ Shaft бағдарламасын қосамыз, сонда есептеу бағдарламасының негізгі терезесі ашылады. Жоғарыда көрсетілген қадамдарды орындаймыз:

а) құрал-саймандар панеліндегі Цилиндр  батырмасының қолдануымен (немесе Задать/Цилиндр менюін қолдануымен)  тік төртбұрышты «тартамыз», тышқанның оң жақ батырмасын басып, ашылған Секция вала  атты терезеде білік ұзындығын 4000 және диаметрін 68 енгіземіз. Жұмыс терезесінде білік бүтін көрсетілу үшін Установки/Разместить в окне командасын қолданған ыңғайлы;

б) тіректерді береміз: сол жақ мойынтірегі үшін   түрін және біліктің сол жақ шетінен қашықтығы 1000, оң жақ мойынтірегі үшін –    түрін және біліктің сол жақ шетінен қашықтығы 3000 деп енгіземіз. 

в)  білікке түсірілген жүктемені береміз. Радиаль F күшін енгізу үшін Поперечная сила   батырмасын басамыз (немесе Задать/ Поперечная сила менюі), ашылған Поперечная сила  атты диалог терезесінде біліктің сол жақ шетінен қашықтығын  0  және вертикаль проекциясының мәнін -6000 (Н) енгіземіз. Тап осылай 2 рет   F2  күшін енгіземіз, сол кезде біліктің сол жақ шетінен қашықтықтары  2000 және 4000, горизонталь проекциясының мәні  -3000. Айналдырушы М1 моментін Момент кручения    батырмасы арқылы береміз (Задать/Момент кручения менюі), сонда ашылған Момент кручения  атты диалог терезесінде біліктің сол жақ шетінен қашықтығын  0  және моменттің мәнін 1000 (Нм) енгіземіз. Тап осылай 2 рет М2  моментін енгіземіз, сол кезде  біліктің сол жақ шетінен қашықтықтары 2000 және 4000,  моменттің мәні  -500.

Осыдан кейін APM Shaft бағдарламасының негізгі терезесінде біліктің есептеу сұлбасы 29-суретте көрсетілген түрде болады;

г) материалдың параметрлерін беру үшін  батырмасын басамыз (немесе Материал/Параметры… менюі). Материал вала атты терезенің Предел прочности, МПа  атты енгізу өрісінде есеп шартында берілген қауіпсіз кернеудің мәнін 200 (МПа) енгіземіз, материалдың басқа сипаттамаларын беріліп тұрғандай қалдыруға болады (30-сурет);

д) есептеуді жүргізу үшін Рассчитать!/Общий расчет вала… менюін таңдаймыз, ашылған Ресурс работы вала атты диалог терезесінде беріліп тұрған мәндерді қалдырамыз (31-сурет). Есептеу жүргізіп, файлды сақтаймыз;

 

29 Сурет

 

           

                     30 Сурет                                                            31 Сурет

е)  есептеу нәтижелерін қарап шығып, оларды басылуға жібереміз. Есептеу нәтижелерін қарау үшін Результаты… менюін таңдаймыз, ашылған Результаты атты терезеде керекті график батырмасының үстінен тышқанды шырт еткіземіз. Графиктер білік үстінде көрсетілу үшін осы терезенің Рисовать вал атты опциясына жалаушаны қоямыз.

Есептеу нәтижелері *.rtf  форматындағы файлға шығару үшін Файл/Печать в rtf файл… менюін таңдаймыз, Выбор данных для печати терезесінде жалаушаны бұл мысалда жоқ шамалардан алып тастап, Печать батырмасын басамыз.  Есеп беру төменде көрсетіліп тұр.

2.3.2      .rtf  форматында есеп  беру




 

Таблица: Нагрузки


Радиальные силы

N

Расстояние от левого конца вала, мм

Модуль, Н

Угол, град

0

0.00

6000.00

180.00

1

2000.00

3000.00

-90.00

2

4000.00

3000.00

-90.00

 

Моменты кручения

N

Расстояние от левого конца вала, мм

Значение, Нxм

0

      0.00

   1000.00

1

   2000.00

   -500.00

2

   4000.00

   -500.00

 

Реакции в опорах

N

Расстояние от левого конца вала, мм

Реакция верт., Н

Реакция гориз., Н

Реакция осевая, Н

Модуль, Н

Угол, град

0

  1000.00

  9000.00

     0.00

     0.00

  9000.00

    90.00

1

  3000.00

 -3000.00

  6000.00

     0.00

  6708.20

   -26.57

 

       

 

 

2.3.3 Біліктің тексеру есептеуі бойынша қорытындылар. Иілу мен бұралудың біріккен әсері кезіндегі біліктің тексеру есептеуі келесіні көрсетіп тұр:

а) максималды эквивалент кернеу 197 МПа тең, бұл [σ]=200 МПа қауіпсіз кернеуден  төмен, яғни статикалық беріктіктің шарты орындалып тұр;

б) максималды бұралу бұрышы φ=1,06 град, сонда салыстырмалы бұралу бұрышы θ=φ/l=1,06/4=0,3 град/м тең, бұл қауіпсіз салыстырмалы бұралу бұрышынан кем, яғни біліктің салыстырмалы бұралу бұрышы бойынша қатаңдық шарты орындалып тұр;

в) білік өсінің вертикаль және горизонталь орын ауыстырулар арқылы есептелген максималды орын ауыстыруы жуық шамамен 28 мм тең, бұл [f]= l/800=4000/800=5 мм қауіпсіз ауытқудан бір талай жоғары, яғни білік өсінің орын ауыстыру бойынша қатаңдық шарты орындалып тұрған жоқ;

г) төзімділік коэффициентінің минималды мәні 0,4 тең, яғни төзімділік шарты орындалып тұрған жоқ.

Қатаңдық шарты мен төзімділік шарты орындалуын қанағаттандыру  үшін біліктің диаметрін үлкейту керек. Есептеу көрсеткендей білік диаметрі 110 мм  болғанда білік өсінің максималды орын ауыстыруы жуық 4,3 мм тең, ал төзімділік коэффициенті 1,6 тең, бұл қатандық пен төзімділік шарттарын қанағаттандырады. 


 А Қосымшасы

Білікті статикалық беріктікке және төзімділікке есептеу

 

Білікке түсірілетін негізгі жүктемелер ретінде білікке орнатылған тетіктер (тісті немесе бұрамдық доңғалактар, жұлдызшалар, шкивтер, жалғастырғыштар) арқылы түсірілетін берілістердің күштері болып келеді.  Есептеу жүргізген кезде білікке орнатылған тетіктер күштер мен моменттерді өз ендерінің ортасында береді деп қабылданады және сәйкес қималар есептеу қималары ретінде алынады. 

Білік материалы ретінде көміртегілі және қоспаланған болаттар қабылданады (А.1-кестесі). Біліктердің көпшілігі үшін термиялық өнделген орташа көміртегілі және қоспаланған 45, 40Х болаттар,  ал жауапты машиналардың кернеулері өте жоғары болатын біліктер үшін - қоспаланған 40ХН, 20Х, 12ХНЗА және т.б. болаттар қолданылады.

А.1 К е с т е  – Білік материалдарының механикалық сипаттамалары

Болаттың таңбасы

Үлгінің диаметрі, мм, артық емес

Қаттылық НВ,

 төмен емес

Механикалық сипаттамалар, МПа

sВ

sТ

tТ

s-1

t-1

Ст5

45

 

40Х

 

40ХН

20Х

12ХН3А

18ХГТ

Кез келген

120

80

200

120

200

120

120

60

190

240

270

240

270

270

197

260

330

520

800

900

800

900

920

650

950

1150

280

550

650

650

750

750

400

700

950

150

300

390

390

450

450

240

490

665

220

350

380

360

410

420

300

420

520

130

210

230

210

240

250

160

210

280

 

 Есептеуді келесі тізбектілікте орындайды: білік сызбасы бойынша есептеу сұлбасын жасайды, онда білікке түсірілетін барлық сыртқы күштер көрсетіледі, сол кезде күштердің әсер ету жазықтықтарын екі өзара перпендикуляр (горизонталь және вертикаль) жазықтықтарға келтіру керек.  Содан кейін тіректердің горизонталь және вертикаль жазықтықтардағы реакцияларын анықтайды. Екі жазықтықта июші Мх және Му моменттердің эпюрлерін  және Мб бұраушы моменттің эпюрін тұрғызады. Моменттердің эпюрлеріне, білік қимасының өлшемдеріне және кернеулер шоғырлағышына байланысты қауіпті қималарды анықтайды. Статикалық беріктікке және төзімділікке есептеуді жүргізеді.

         А.1 Статикалық беріктікке есептеу

Статикалық беріктікті тексеру уақытша артық жүктелу болған кезде пластикалық деформациялар болмауы үшін жүргізіледі (мысалы, машинаны қосқан кезде).

Артық жүктелудің шамасы берілістің конструкциясына (жетекке) тәуелді. Сақтандыратын жалғастырғыш (муфта) болса, артық жүктелудің шамасы жалғастырғыш жұмысқа қосылатын моментімен анықталады. Сақтандыратын жалғастырғыш болмаса, артық жүктелудің шамасын шартты түрде жетегі бар электрқозғауыштың қосылуы кездегі артық жүктелуге тең деп алады. Есептеуде артық жүктелудің коэффициенті  KП = Tmaх  қолданылады, бұнда Тmaх – максималды аз мерзімде түсірілген айналдырушы момент (артық  жүктелудің моменті); Т - номиналды (есептік) айналдырушы момент. Қысқа мерзімде орын алатын артық жүктелудің кезінде  пайда болған кернеулер материалдың аққыштық шегінен  аспаса, жалпы пластикалық деформациялар  орын алмайды.

Есептеуде аққыштық бойынша беріктік кепілдігі осылай анықталады

                                                   (А.1)

бұнда    - білік материалының аққыштық шегі  (А.1-кесте);

КП - артық жүктелудің коэффициенті;

- эквивалент кернеу,

                                                (А.2)

бұндағы  - қарастырылатын қимадағы қорытынды июші момент, Н×мм;

Мк = Т - бұраушы мо­мент, Н×мм;

         W- білік қимасының өстік қарсыласу моменті, мм3.

Аққыштық бойынша беріктік кепілдігінің қауіпсіз мәндері [ST ]= 1,3 ... 1,6.

А.2 Төзімділікке есептеу

Айналып тұрған біліктерде күштердің шамалары мен бағыттары тұрақты болса да, уақыт өтуімен өзгеретін кернеулер орын алады, сол кезде біліктің жұмыс мерзімінде жүктеудің циклдар саны 105…107 жетеді.

Төзімділікке айқындалған есептеу кернеулер циклі түрінің, материалдың төзімділік сипаттамаларының, білік өлшемдерінің, формасының және бетінің қалыпының әсерін  есепке алады. Есептеу беріктік кепілдігін тексеру түрінде орындалады. Бірнеше болжамды қауіпті қималар үшін беріктік кепілдігінің есептік S коэффициентін анықтап, оны  1,3... 2,1 аралығында қабылданатын қауіпсіз [S] мәнімен салыстырады Бұл коэффициент келесідей есептеледі

                                             (А.3)

бұнда Ss және St - тік және жанама кернеулер бойынша кепілдік коэффициенттері, олар осылай анықталады:

                                            (А.4)

                                              (А.5)

бұнда sа және tа— цикл кернеулерінің амплитудасы;

sm және tm — циклдің орташа кернеулері.

Білік есептеулерінде келесіні алады: иілуден орын алатын тік кернеулер симметриялық циклмен өзгереді, яғни sa=sи және sm= 0, ал жанама кернеулер - нөлден басталатын цикл бойынша, яғни tа = tk/2 және tm = tk/2. Жанама t кернеуінің цикл ассимметриялығының әсері айтарлықтай көп емес (yt= 0 ... 0,05).

Сонда

                                                   (А.6)

                                                    (А.7)

Цикл кернеулерінің амплитудасын келесі формулалармен анықтайды

                                                     (А8)

                                                    (А9)

бұнда    қорытынды июші момент;

Мк -  бұраушы момент;   

W и Wк - білік қимасының өстік және полюстік қарсыласу моменті.

Тұтас біліктің диаметрі d дөңгелек қимасы жағдайында қарсыласу моменттерді анықтайтын формулалар: 

                                          (А.10)

                                         (А.11)

Бір призмалық кілтегі бар білік үшін (А.1-сурет)

               (А.12)

              (А.13)

ГОСТ 23360-78 бойынша призмалық кілтек үшін жасалған ойығы  бар білікке  қарсыласу моменттердің мәндері А.2-кестеде келтіріледі.

А.2 К е с т е                                                            А.2 –кестенің жалғасы

d, мм

b´h, мм

W, мм3

Wk, мм3

20

21

22

6´6

655

770

897

1440

1680

1940

24

25

26

28

30

8´7

1192

1275

1453

1854

2320

2599

2810

3180

4090

4970

32

34

36

38

10´8

2730

3330

4010

4775

5940

7190

8590

10366

d, мм

b´h, мм

W, мм3

Wk, мм3

45

48

50

14´9

7800

9620

10916

16740

20500

23695

53

55

56

60

63

16´10

18´11

12869

14510

15290

18760

21938

28036

30800

33265

40000

47411

67

70

71

75

80

20´12

22´14

26180

30200

31549

37600

45110

56820

63800

68012

79000

97271


Қарастырылатын қимадағы біліктің төзімділік шектері

                                            (А.14)

                                              (А.15)

бұнда  s-1 және t-1 - тегіс үлгілердің иілу мен бұралудың симметриялық циклі кезіндегі төзімділік шектері (А.1-кесте);

s)D және (Kt)D - біліктің қарастырылатын қимасы үшін кернеулер шоғырлануының коэффициенттері.

s)D және (Kt)D мәндері келесі тәуелдіктерден табылады

                                    (А.16)

                                   (А.17)

бұнда  Кs және Кt - кернеулер шоғырлауының әсерлік коэффициенттері;

Kd - көлденең қиманың абсолют өлшемдері әсерінің коэффициенті, оның мәндері кестелерде білік диаметріне, кернеулі күйдің түріне және материалға тәуелді беріледі;

KF - кедір-бұдырлық әсерінің коэффициенті, оның мәндері кестелерде профильдің арифметикалық орташа ауытқуына және материалдың беріктік шегіне тәуелді беріледі;

Кv - беттік беріктендіру әсерінің коэффициенті, оның мәндері кестелерде беріктендіру түріне және материалдың беріктік шегіне тәуелді беріледі; егер білік беті беріктендірілмесе, онда КV = 1.

Ks және Kt  мәндері кестелерде ойыны бар баспалдақты әрекет үшін, кілтек ойығы үшін, біліктің оймакілтекті (шлицалық) және бұрандалы аралықтары үшін материалдың беріктік шегіне және геометриялық параметрлерге тәуелді беріледі.

Біліктің үстіне қынақпен орнатылған тетіктер болса, олардың орнатылған орындарында кернеулер шоғырлануын бағалау үшін А.3-кестеден алынатын Кsd және Кtd қатынастары қолданылады. Егер қимада бірнеше кернеулер шоғырлануының көзі болса, онда олардың ішінен ең қауіптісін есепке алады (ең үлкен Кsd немесе Кtd қатынасымен).

А.3 К е с т е

Білік диаметрі d, мм

sВ, Н/мм2 кезіндегі Кsd

sВ, Н/мм2 кезіндегі Кtd

500

700

900

1200

500

700

900

1200

30

50

100 және жоғары

2.5

3.05

3.3

3.0

3.65

3.95

3.5

4.3

4.6

4.25

5.2

5.6

1.75

2.05

2.2

2.2

2.6

2.8

2.5

3.0

3.2

2.95

3.5

3.8

 

Бұл әдістемеде созылу немесе сығылу кезіндегі пайда болатын, әдетте үлкен емес кернеулер есепке алынбайтынын айту керек. Компьютерлік бағдарламаларда олар есепке алынады, сол кезде бұл кернеулер тік кернеулер циклі үшін орташа кернеудің рөлін атқарады.  


Б Қосымшасы

Біліктердің конструкциясын өндеуге және біліктерді есептеуге

арналған APM Shaft модулі туралы мәлімет

 

АРМ WinMaсhine жүйесі машиналар, механизмдер мен конструкциялардың есептеуін және жасалатын жабдықтардың оптималды параметрлерін анықтау үшін толық инженерлік талдауын орындауға арналған. Жүйе ГОСТ,  СНиП  және басқа елдердің кейбір стандарттарының талаптарын есепке алады.

АРМ WinMaсhine бірнеше модульден тұрады, солардың ішінде біліктер мен өстерді есептеуге арналған APM Shaft модулі бар.  Біліктер мен өстер тісті доңғалақтар, шкивтер, жұлдызшалар және т.б. айналатын машиналардың тетіктерін орнатуға арналған. Өс тек ғана оған орнатылған тетіктерді ұстап тұруға арналған, ол білікке керісінше бұраушы моментті бермейді, сондықтан, ол бұралу әсерінде болмайды. Білік иілу мен бұралудың, кейбір жағдайда қосымша созылу мен сығылудың әсерінде болады. Білік есептеуіне статикалық беріктігін, төзімділігін, иілу мен бұралу кезіндегі қатандығын анықтау кіреді. Біліктің айналу жылдамдығы жоғары болғанда резонансқа ұшарамау үшін біліктің меншікті тербелісінің жиілігін анықтау керек.  Ұзын біліктерді қосымша орнықтылыққа тексеру керек.

APM Shaft модулі біліктің кез келген жүктеме мен бекітілу кезіндегі есептеуін жүргізуге арналған. Сонда білік бірнеше, ұзындығы мен диаметрі әртүрлі аралықтардан  тұруы мүмкін. Цилиндрлік түріндегі аралықтардан тыс  қиық конус түріндегі аралықтарды беруге болады. Біліктің келесі құрылымдық элементтерін беруге болады: қиықжиектерді, ойыңдарды, бунақтарды, кілтек ойықтарын, оймакілтектерді, тесіктерді және бұрандамасы бар аралықтарды. APM Shaft білік бетінің өңдеу түрін есепке алуға мүмкіншілік береді. Білік аралықтарын келесі өңдеу түрлерімен беруге болады: шынықтыру, азоттандыру, көміртектендіру, циандау, аунақшамен дөңгелектету, бытырамен желдету. Өңдеу аралықтарын Задать/Обработка поверхности менюін қолдануымен беруге болады. Есептеуді жүргізу үшін кемінде екі тірек берілу керек, керісінше есептеу жүргізуді қосқанда жүйе өзіндік ескерту береді. Келесі тіректер түрлері қолданылады: топсалы қозғалмалы қатты тірек,  топсалы қозғалмайтын қатты тірек, серпімді тірек. Тіректердің жалпы саны елуден аспау керек. Жүктеме қадалған радиаль және өстік күштер, ию және бұрау моменттері түрінде беріледі.  Осыған қосымша сыртқы өстік инерция моменттерін және қадалған массаларын есепке алуға мүмкіншілік бар, олар тек ғана біліктің динамикалық сипаттамаларын есептеу үшін есепке алынады. Білік материалының параметрлері АРМ WinMaсhine жүйесіне қосылған деректер базасынан материалды таңдау арқылы немесе Материал вала атты диалог терезесіндегі енгізу өрістерін толтыру арқылы беріледі.  Үндеместіктен  материал үшін таңбасы 08 болаттың параметрлері алынады.

Рассчитать!/Общий расчет вала  менюін қолдануымен статикалық беріктікке және төзімділікке есептеу орындалады. Есептеу алдында экранға жұмыс қоры мен айналу жиілігін беруге арналған диалог терезесі шығады. Рассчитать!/Расчет динамических характеристик менюін қолдануымен иілу және бұралу тербелістерінің меншіктік жиіліктері мен формаларын есептеу жүргізіледі.  

APM Shaft  қолдануымен келесі нәтижелерді алуға болады:

а) тіректердің реакцияларын;

б) білік өсі бойымен ішкі күш факторларының үлестірілуі: көлденең күштердің, июші моменттердің, бойлық (өстік) күштің,  бұраушы моменттің;

в) білік өсі бойымен сызықты және бұрышты орын ауыстырулардың үлестірілуі;

г) білік өсі бойымен эквивиалент кернеудің үлестірілуі;

д) білік өсі бойымен төзімділік коэффициентінің үлестірілуі;

е) иілу және бұралу тербелістерінің меншіктік жиіліктері;

ж) білік тербелістерінің меншікті формаларының сәйкес меншікті жиілік үстіндегі графиктері.

Графиктер көрсетілгенде терезенің үстіңгі бөлігінде сілтеушінің (курсордың) ағымды координаталары көрсетіліп тұрады. Параметрдің мәнін айқындау үшін сілтеушіні графиктің керекті нүктесіне орнату керек.

Файл/Печать… менюін қолдануымен ашылған диалог терезесінде білік моделінің бастапқы деректерін және басып шығаруға керекті нәтижелерін таңдау керек. Файл/Печать в RTF файл… командасы RTF форматындағы текстілік файлды құрып, оны сақтауға мүмкіншілік береді, кейін сол файлды редакциялауға болады.

Б.1-суретте APM Shaft модулі интерфейсінің кейбір элементтері көрсетіліп тұр.

Б.1 Сурет

 

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. – М.: МГТУ им. Баумана, 2000. – 592 с.

2. Степин П.А. Сопротивление материалов.– М.: Высш.шк., 1988.- 367 с.

3. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. – М.: Изд-во АПМ. – 472 с.

4. Шелофаст В.В., Чугунова Т.Б. Основы проектирования машин. Примеры решения задач. – М.: Изд-во АПМ. 2004. – 240 с.

5. Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элемен­тов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D. – М.: Издательство АПМ, 2004. – 208 с.

6. Динасылов А.Д. Механика. Расчет некоторых задач механики в системе Mechanical Desktop: Учебное пособие.  - Алматы: АИЭС, 2007. – 90 с.