Основы функционирования систем

ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ

СЕРВИСА

 

Методические указания по выполнению курсовой работы

для студентов направления подготовки 100100 Сервис

профиль «Сервис транспортных средств»

 

 

Разработал к.т.н., доцент Пономарев А.И.

 

Калуга

УДК 338.46

ББК 65.37

П56

Учебное пособие издаются в соответствии с учебным планом направления подготовки бакалавров 100100 Сервис

профиль «Сервис транспортных средств»

 

Методические указания рассмотрены и одобрены методической комиссией направления подготовки бакалавров 100100 Сервис

протокол № 4 от 8 апреля 2014 г.

председатель методической комиссии А.И. Пономарев

Рецензенты:

Канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобиле- и тракторостроение» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана Н.П. Кодинцев

канд. техн. наук, доцент кафедры Сервис КФ СПбГЭУ И.В. Казначеева

 

 

П56 Пономарев А.И. Основы функционирования систем сервиса: методические указания для выполнения курсовой работы. — Калуга: Издательство СПбГЭУ, 2014. — 64 с.

 

Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Основы функционирования систем сервиса» предназначены для помощи студентам не только при выполнении курсовой работы, но и для закрепления знаний по разделам «Основы функционирования элементов систем сервиса» и «Элементы машин и механизмов» дисциплины «Основы функционирования систем сервиса».

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 100100.62 Сервис (профиль «Сервис транспортных средств») всех форм обучения.

 

 

УДК 338.46

ББК 65.37

© Пономарев А.И., 2014

© Санкт-Петербургский государственный экономический университет, 2014 г.

Методические указания разработаны в соответствии с учебной программой и учебным планом для студентов по специальности 100100 Сервис всех форм обучения.

В учебном пособии представлены задания и методические указания по выполнению курсовой работы по всем разделам учебной дисциплины.

Часть I. Определение реакций опор балок.

Часть II. Динамический расчет движения автомобиля.

Часть III. Расчёт балки на прочность и жёсткость.

Часть IV. Расчет цилиндрических зубчатых передач.

Учебное пособие обсуждено и утверждено на заседании кафедры Сервис (протокол № 7 от «2» апреля 2014 г.).

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 5

Последовательность выполнения курсовой работы 7

ЧАСТЬ I. Определение реакций опор балок 10

1.1. Пример выполнения задания и методические указания 10

ЧАСТЬ II. Расчёт балки на прочность и жёсткость. 15

2.1. Основные расчётные формулы 15

2.2. Методические указания к выполнению задания 18

Часть III. Динамический расчет движения автомобиля 24

3.1. Определение динамических характеристик автомобиля с помощью теоремы об изменении кинетической энергии 24

3.2. Определение динамических характеристик движения автомобиля с помощью дифференциальных уравнений 29

ЧАСТЬ IV. Расчет цилиндрических зубчатых передач 31

4.1. Основные расчетные зависимости для стальных

цилиндрических зубчатых колес 31

4.2. Методические указания к выполнению задания 34

Общая структура отчета по курсовой работе 42

Заключение 43

Список использованных источников 44

Приложение А 45

Приложение Б 57

Приложение В 63

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Основы функционирования систем сервиса - наука, в которой изучаются системы автосервиса и их характеристики, надежность функционирования систем сервиса; методы решения задач статики, кинематики и динамики механизмов, машин и сооружений; основные законы сопротивления материалов, основные понятия; основные теории прочности, основные принципы оценки и расчета прочности, жесткости и устойчивости конструкций; основные виды механизмов, классификацию и их функциональные возможности и области применения; методы расчета кинематических и динамических параметров движения механизмов; соединения деталей машин; механические передачи; основы функционирования электрических и тепловых сетей.

Дисциплина «Основы функционирования систем сервиса» является базой для формирования инженера, в нем широко используется современный математический аппарат и изучаются практические приемы решения задач анализа и синтеза механических систем - аналитические, графические и графоаналитические.

В учебном пособии излагается методика выполнения курсовой работы, которая охватывает все разделы учебной дисциплины «Основы функционирования систем сервиса».

Курсовая работа включает четыре части:

Часть I. Определение реакций опор балок.

Часть II. Расчёт балки на прочность и жёсткость

ЧастьIII. Динамический расчет движения автомобиля.

Часть IV. Расчет цилиндрических зубчатых передач.

По каждому разделу изложены варианты заданий для каждой части, методика расчета на конкретных примерах, требования к содержанию отчета по курсовой работе.

Выполнение студентами университета курсовой работы преследует учебную и воспитательную цели.

Учебная цель состоит в закреплении и углублении теоретических знаний дисциплины на основе решения логически взаимосвязанных задач, структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза конкретных механизмов в составе типовых составных конструкций и подъемных механизмов; закрепление теоретических знаний о геометрической и физической сущности силовых факторов, возникающих в сечениях балок при их нагружении, методике их расчёта на прочность и жёсткость; совершенствование практических навыков в выполнении расчётов по определению величин изгибающих моментов, поперечных сил, построение эпюр внутренних силовых факторов.

Воспитательная цель выполнения курсовой работы состоит в формировании у студентов цельного представления об изучаемой области, основных законах и закономерностях теоретической механики, о современных методах и методиках проектирования эффективных средств технического обеспечения войск, а также в развитии у студентов творческого мышления при решении конкретных инженерных задач, в привитии им навыков самостоятельной работы с учебной и научно-технической литературой.

Выполнение студентами курсовой работы является их самостоятельной работой, в которой комплексно решается ряд прикладных задач. При этом, от обучаемых потребуются знания, полученные ими при изучении курсов физики, высшей математики и других общих инженерных и некоторых специальных дисциплин.

Работы над заданием по выполнению курсовой работы целесообразно построить в следующей последовательности: уяснение задачи, оценка обстановки, выработка замысла и принятие окончательного решения, планирование действий и практическая реализация принятого решения. В результате этого составляется структурный и календарный план выполнения курсовой работы. В дальнейшем вся работа строится в соответствии с данными планами. Отчет по курсовой работе выполняется на белой (формата A4) стандартной бумаге. Текстовая часть оформляется черной, синей или фиолетовой пастой (чернилами) на одной стороне с промежутком между строчками в два интервала (8-миллиметровый трафарет), или распечатанной на принтере шрифтом № 14. К защите представляется аккуратно (без помарок) оформленная и сброшюрованная пояснительная записка, выполненная на стандартных листах белой бумаги, содержащая необходимые расчетные схемы, графики и расчеты.

 

 

CТРУКТУРНЫЙ ПЛАН

Курсовой работы

 

№№ пп	Содержание курсовой работы	Срок выполнения	Отметка о выполнении
	Введение
	Часть 1. Определение реакций опор балок.
	Часть 2. Расчёт балки на прочность и жёсткость.
	Часть 3. Динамический расчет движения автомобиля.
	Часть 4. Расчет цилиндрических зубчатых передач.
	Заключение.
	Литература.

 

Исполнитель ______________________

 

«___»_______________ 20__ года

 

 

Утверждаю

руководитель курсовой работы

_________________________

«___»__________ 20__ года

 

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

разработки курсовой работы

студентом учебной группы _____

_________________________________

 

№№ пп	Перечень основных работ	Объем (л.)	Срок выполнения	Отметка о выполнении
	Подбор и изучение литературы.
	Определение реакций опор балок.
	Расчёт балки на прочность и жёсткость
	Динамический расчет движения автомобиля.
	Расчет цилиндрических зубчатых передач.
	Оформление отчета
	Защита курсовой работы.

 

Исполнитель ______________________

 

«____»______________ 20__ года

 

 

Основные расчётные формулы

При изгибе стержней в сечениях возникают изгибающие моменты М и поперечные силы Q. Они определяются методом сечений. Величина поперечной силы в произвольном сечении балки равна алгебраической сумме всех внешних поперечных сил, действующих на балку по одну сторону от рассматриваемого сечения.

Величина изгибающего момента М в сечении равна алгебраической сумме моментов всех внешних сил по одну сторону от сечения. Между этими внутренними силовыми факторами имеется следующая связь:

поперечная сила равна первой производной от изгибающего момента по координате, направленной вдоль оси балки

. (2.1)

В свою очередь, между поперечной силой Q и распределённой внешней нагрузкой q имеется аналогичная взаимосвязь

. (2.2)

Чтобы изучить работу балки от внешних сил и реакции, необходимо построить эпюры (графики) распределения внутренних силовых факторов – поперечной силы и изгибающего момента по её длине.

Сечение, в котором действует наибольший изгибающий момент, называют опасным. В каждой точке балки возникает нормальное напряжение σ, которое линейно изменяется по высоте сечения.

(2.3)

где у - координата слоя балки, в котором определяются напряжения;

I_х – осевой момент инерции сечения относительно главной оси.

Наибольшее напряжение возникает в нижнем и верхнем слоях сечения

(2.4)

где - момент сопротивления изгибу относительно оси х.

Прочность балки оценивается по максимальному нормальному напряжению в опасном сечении. Условия прочности балки имеют вид неравенства:

 

(2.5)

где σ_П – предельное напряжение материала, из которого изготовлена балка; [ n ] – коэффициент запаса прочности.

В сечениях балки возникает касательное напряжение, которое определяется по высоте не линейно (2.6)

(2.6)

где b – ширина слоя сечения;

– статический момент площади над слоем.

Касательные напряжения равны нулю в верхнем и нижнем слоях балки и имеют наибольшее значение в слое, проходящем через центр тяжести сечения. Они учитываются при оценке балки на межслойный сдвиг. Касательное напряжение между слоями балки не должны превышать допускаемого

(2.7)

где - предельное напряжение (или - предел текучести, или - предел прочности при сдвиге).

При изгибе балки её сечения имеют поперечные перемещения у, которые называют прогибами, и угловые перемещения .

Между прогибом, углом поворота и изгибающим моментом в этом сечении имеются следующие дифференциальные связи:

(2.8)

где E·I_х - параметр, характеризующий жесткость балки на изгиб.

Для дифференциальных уравнений (2.8) получены универсальные решения, пригодные для любой балки с прямой осью и постоянной жесткостью:

(2.9)

, (2.10)

где и у ₀- начальные параметры - угол поворота и прогиб сечения, расположенного в начале координат;

а, b, c, d - координаты приложения соответственно сосредоточенного момента m, силы F и распределенной нагрузки q.

В практических расчетах часто после расчета на прочность производится проверка выполнения условий жесткости.

(2.11)

где [ у ] и [ ]- допускаемый прогиб и угол поворота сечения, которые устанавливаются на основании опыта эксплуатации аналогичных конструкций.

 

Расчет зубьев на изгиб

А. Проверочный расчет.

1. По заданному моменту:

 

.

 

2. По заданному окружному усилию:

 

Б. Проектный расчет.

.

 

Примечание: 1. Модуль следует определять для того из сцепляющихся колес, для которого произведение меньше.

2. При расчете по заданному моменту расчетный момент и число зубьев должны относиться к одному и тому же зубчатому колесу ( и либо и ).

Обозначения:

- расчетное и допускаемое напряжение изгиба для зуба шестерни или зубчатого колеса; - при одностороннем действии нагрузки; - при переменном направлении изгиба зубьев;

- коэффициент, учитывающий уменьшение момента сопротивления опасного сечения зуба вследствие износа. Для закрытых передач =1; для открытых передач =1,25÷1,5, большие значения при ожидаемом интенсивном износе;

у – коэффициент формы зуба. Принимается по таблице П20 в зависимости от числа зубьев, действительного z для прямозубых и фиктивного для косозубых и шевронных или конических рассчитываемого колеса;

- угол наклона зуба на делительном цилиндре;

- угол делительного конуса;

- нормальный модуль зацепления; для прямозубых колес = т;

- коэффициент, учитывающий повышение изгибной прочности зубьев косозубых и шевронных колес по сравнению с прямозубыми; для прямозубых колес =1,0, для косозубых и шевронных =1,4;

z – число зубьев шестерни или колеса;

- коэффициент ширины колеса (для конических колес — длины зуба).

 

Таблица 4.1 – Размерность величин, входящих в расчетные зависимости

Обозначение	В международной системе единиц (СИ)	В системе МГКСС и внесистемных единиц
	Н	кг
	Н·м	кг·см
	Н / м ^2	кг / см ^2
А	м	см
В	м	см
	м	см
	м	см
	м	см или мм
	Н / м ^2	кг / см ^2 или кг / мм ^2

 

4.2. Методические указания к выполнению задания

Задание. Рассчитать зубчатую передачу (зубчатые колеса подъемного механизма z ₁ и z ₂) одноступенчатого цилиндрического редуктора с косозубыми колесами (рис. 4.1) при = 7,0 квт; = 76,4 рад/с; i = 5. Расчетный срок службы зубчатых колес Т = 10 000 ч. Передача нереверсивная.

Решение.

1. Угловая скорость тихоходного вала

.

Рисунок 4.1

2. Материалы шестерни и колеса в целях получения наименьших габаритов передачи выбираем с повышенными механическими свойствами. Для шестерни принимаем сталь 40ХН, улучшенную с механическими характеристиками (см. табл. П21): σ_в = 883 Мн / м ²; σ_Т = 686 Мн / м ²; НВ 265 (считаем, что диаметр заготовки будет не более 150 мм). Для колеса принимаем сталь 40×11, нормализованную с механическими характеристиками: σ_в = 736 Мн / м ²; σ_Т = 550 Мн / м ²; НВ 220 (считаем, что диаметр заготовки будет не более 500 мм).

При выборе материалов учтено, что твердость зубьев колеса должна быть на 25 ÷ 50 единиц Бриннеля ниже твердости зубьев шестерни.

3. Допускаемое контактное напряжение, так как перепад твердостей материалов шестерни и зубчатого колеса незначителен, определяем для материала зубчатого колеса*

.

Коэффициент режима .

Число циклов нагружения каждого зуба колеса за весь срок службы

где

.

Так как N_ц > 10⁷ то k_pк = 1 и

.

4. Допускаемые напряжения изгиба

так как N_ц > 5∙10⁴ (см. п. 3 расчета).

Для шестерни

принимаем σ _-1 = 400 МН / м ²; [ п ] = 1,5 — коэффициент запаса по табл. П23; для поковок стальных, подвергнутых улучшению, k_σ = 1,6 — коэффициент концентрации напряжений у корня зуба — по табл. П24; при этих значениях для шестерни .

Для зубчатого колеса

принимаем σ_-1 = 350 МН / м ².

При тех же значениях [ п ] и k_σ

.

5. Вращающий момент на ведущем валу

то же на ведомом валу

6. Межосевое расстояние из условия контактной прочности

.

а) Расчетный момент на валу шестерни

где К = 1,3 — коэффициент нагрузки при симметричном расположении колес.

б) Коэффициент ширины колеса принимаем равным 0,3.

* При большом перепаде твердости (НВ_шест — НВ_колеса ≥ 100) принимают для косозубых колес расчетное значение

.

в) Коэффициент повышения нагрузочной способности для непрямозубых

колес k_n = 1,35.

Подставив числовые значения, получим

,

принимаем A = 160 мм.

7. Нормальный модуль зацепления

.

В соответствии с ГОСТом 9563—60 принимаем т_п = 2,5 мм (см. табл. П19).

8. Число зубьев и угол наклона зубьев.

Примем предварительно угол наклона зубьев β = 10°, тогда суммарное число зубьев

Число зубьев шестерни

,.

тогда

.

Фактическое передаточное отношение

.

Угол наклона зубьев (уточненное значение)

.

9. Диаметры делительных окружностей

.

Значения d_{д 1} и d_{д 2} следует вычислять с точностью до сотых долен миллиметра и проверять точное соблюдение равенства

.

В нашем случае это равенство соблюдается

В нашем случае это равенство соблюдается

10. Ширина шестерни и колеса

;

.

11. Уточненное значение коэффициента нагрузки найдем, предварительно определив окружную скорость

.

При такой окружной скорости можно принять 9-ю степень точности зубчатого зацепления. Так как для косозубых колес обычно не применяют степень точности ниже восьмой, примем 8-ю степень точности. При этом по табл. П26 динамический коэффициент К_дин = 1,1. При постоянной нагрузке передачи коэффициент концентрации нагрузки К_ц = 1,0 и общий коэффициент нагрузки К = К_дин ∙ K_кц = 1,1, т. е. меньше принятого предварительно и поэтому проверка рабочих контактных напряжений не нужна.

12. Проверка прочности зубьев на изгиб

.

а) Коэффициент формы зуба (табл. П20) выбираем по фиктивному числу зубьев

б) Ширина колеса В ₂= 48 мм; шестерни В ₁ = 52 мм.

в) Нормальный модуль т_п = 2,5 мм.

г) k_nu = 1,4.

д) Окружное усилие (номинальное и расчетное)

.

где К = 1,1 (см. п. 11 расчета).

е) Сравнительная оценка прочности зубьев шестерни и колеса на изгиб

;

.

Расчет ведем для зубьев шестерни, как менее прочных.

Расчетные напряжения изгиба

Сводная таблица основных параметров редуктора

№ п.п	Параметры	Значения параметров
	Мощность на ведущем валу
	Передаточное число	i = 5
	Угловая скорость: Ведущего вала Ведомого вала	750 об/мин= 76,4 рад/с 146 об/мин =15,28 рад/с
	Тип передачи	Косозубая
	Межосевое расстояние	А= 160 мм
	Число зубьев: Шестерни Колеса	z1= 21 z2=105
	угол наклона зубьев	β =10^о9’
	Модуль нормальный	тп =2,5 мм
	Коэффициент шестерни колеса	ΨА=В/А= 0,3
	Диаметры делительных окружностей Шестерни Колеса	dд 1 = 32,00 мм dд 2 = 328,00 мм

Таблица 4.2 – Исходные данные

№ варианта	N 1	ω 1	T	i

Схему зубчатой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора с косозубыми колесами при выполнении курсовой работы использовать согласно рис. 4.1.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Таким образом, в учебном пособии даны задания на выполнение курсовой работы и методические рекомендации по их выполнению. Методические рекомендации даны на примере решения конкретных задач по четырем разделам. Выполнение курсовой работы позволит студентам более полно усвоить материалы учебной дисциплины, а также получить практические навыки при решении конкретных задач, которые могут встретиться в практической деятельности.

 

ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ

СЕРВИСА

 

Методические указания по выполнению курсовой работы

для студентов направления подготовки 100100 Сервис

профиль «Сервис транспортных средств»

 

 

Разработал к.т.н., доцент Пономарев А.И.

 

Калуга

УДК 338.46

ББК 65.37

П56

Учебное пособие издаются в соответствии с учебным планом направления подготовки бакалавров 100100 Сервис

профиль «Сервис транспортных средств»

 

Методические указания рассмотрены и одобрены методической комиссией направления подготовки бакалавров 100100 Сервис

протокол № 4 от 8 апреля 2014 г.

председатель методической комиссии А.И. Пономарев

Рецензенты:

Канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобиле- и тракторостроение» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана Н.П. Кодинцев

канд. техн. наук, доцент кафедры Сервис КФ СПбГЭУ И.В. Казначеева

 

 

П56 Пономарев А.И. Основы функционирования систем сервиса: методические указания для выполнения курсовой работы. — Калуга: Издательство СПбГЭУ, 2014. — 64 с.

 

Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Основы функционирования систем сервиса» предназначены для помощи студентам не только при выполнении курсовой работы, но и для закрепления знаний по разделам «Основы функционирования элементов систем сервиса» и «Элементы машин и механизмов» дисциплины «Основы функционирования систем сервиса».

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 100100.62 Сервис (профиль «Сервис транспортных средств») всех форм обучения.

 

 

УДК 338.46

ББК 65.37

© Пономарев А.И., 2014

© Санкт-Петербургский государственный экономический университет, 2014 г.

Методические указания разработаны в соответствии с учебной программой и учебным планом для студентов по специальности 100100 Сервис всех форм обучения.

В учебном пособии представлены задания и методические указания по выполнению курсовой работы по всем разделам учебной дисциплины.

Часть I. Определение реакций опор балок.

Часть II. Динамический расчет движения автомобиля.

Часть III. Расчёт балки на прочность и жёсткость.

Часть IV. Расчет цилиндрических зубчатых передач.

Учебное пособие обсуждено и утверждено на заседании кафедры Сервис (протокол № 7 от «2» апреля 2014 г.).

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 5