4 семестр / Курсовая работа / Курсовая работа - данные к задачам
.pdf
1
ВВЕДЕНИЕ
В введении в табличной форме для студентов, выполняющих курсовую работу, указываются даты выдачи задания и защиты, номер индивидуального задания, варианты числовых данных; указан срок сдачи выполненного задания на проверку. К каждой задаче приведены таблицы с числовыми данными, соответствующими предложенной задаче.
|
|
Дата выдачи |
Дата защиты |
Группа |
Фамилия студента |
задания |
|
|
|
|
|
ТФ-____ |
_________________________ |
___________ |
___________ |
|
|
|
|
Задание №_______ |
Вариант числовых данных ________________ |
|
|
Подпись преподавателя группы ______________________________
Срок сдачи курсовой работы_______________
2
Образец оформления титульного листа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
___________________
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»
_________________________________________________________
РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Курсовая работа
по курсу «Прикладная физика» 4 семестр |
|
Студент |
Иванов И.И |
ТФ-09-17 |
|
Преподаватель |
|
Москва |
2019 |
3
УКАЗАНИЯ по выполнению и оформлению расчетного задания
1.Отчет о выполненном курсовой работы оформляется на листах формата А4 (ГОСТ 7.32-81. Отчет о научно-исследовательской работе. Общие требования и правила оформления) с обложкой из плотной бумаги. Образец оформления приведен на кафедральном стенде. Страницы нумеруются.
2.Текст пишется четко и аккуратно на одной стороне листа с размерами полей не менее: левое – 30 , правое – 15 мм. Текстовая часть должна содержать последовательное изложение теоретических положений и решения задач. Все обозначения должны совпадать с принятыми на лекциях или должны быть объяснены. Не допускается приведение формул и вычислений без текстового комментария.
3.Иллюстрации (таблицы, чертежи, схемы, графики) выполняют на отдельных листах бумаги форматом А4 чертежными инструментами с соблюдением масштабов.
4.Основные формулы в тексте, таблицы и графики необходимо пронумеровать. Рекомендуется применение двойной нумерации, например: формула 1.2, табл. 3.4, рис. 4.5
ит.д.
5.Решение задач и оформление отчета рекомендуется проводить с использованием систем научных и инженерных расчетов типа MathCAD, MATLAB, Mathematika с обязательной распечаткой программ и (или) рабочих листов, содержащих исходные числовые данные, алгоритмы вычислений и необходимый графический материал.
6.При использовании учебников, пособий, ГОСТов и другой литературы необходима ссылка на источники. В этом случае в конце текстовой части отчета приводится библиографический список.
7.При исправлении проверенного преподавателем расчетного задания необходимо оставлять замечания, сделанные преподавателем. Мелкие исправления вносятся непосредственно на странице, где имеются замечания, а крупные – на новых листах, подшиваемых к отчету.
8.Отчет без бланка задания, подписанного преподавателем, а также оформленный с нарушением ГОСТа и настоящих указаний, не принимается.
4
СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ
1. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМОГО ВАЛА
Для вала, изображенного на схеме, требуется:
1.Построить эпюры крутящего момента Mz.
2.Из расчета на прочность определить допускаемое значение крутящего момента [М1], при условии М2 = к М1 .
3.Для опасного сечения вала при М1 =[М1] построить эпюру касательных
напряжений.
4. При внешней нагрузке, равной допускаемой, построить эпюру углов поворота сечений.
Указания.
Принять модуль сдвига G= 80 ГПа,
допускаемые касательные напряжения 100 МПа.
Данные к задаче № 1
№ |
l1, |
l2, |
l3, |
d1, |
d2 |
d3 |
k |
варианта |
м |
м |
м |
мм |
мм |
мм |
|
1 |
1 |
0.5 |
2 |
10 |
12 |
15 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1.5 |
0.5 |
1 |
8 |
10 |
15 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1.2 |
0.6 |
1 |
12 |
20 |
25 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1.5 |
0.6 |
2 |
12 |
15 |
20 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
1.5 |
0.7 |
2 |
12 |
15 |
20 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0.9 |
0.7 |
2 |
12 |
25 |
30 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
2 |
1 |
1 |
15 |
20 |
30 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
2.5 |
1.5 |
1 |
8 |
14 |
30 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
2 |
1.2 |
1 |
16 |
25 |
38 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
1.5 |
1.5 |
3 |
16 |
30 |
38 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
1.5 |
1.5 |
3 |
18 |
30 |
40 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0.9 |
0.9 |
3 |
18 |
35 |
40 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
2 |
0.5 |
3 |
10 |
20 |
40 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
2.5 |
0.5 |
3 |
10 |
20 |
26 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
2 |
0.6 |
2 |
10 |
20 |
28 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
1.5 |
0.6 |
2 |
10 |
15 |
20 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
1.5 |
0.7 |
4 |
20 |
28 |
32 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
1.2 |
0.7 |
4 |
20 |
28 |
32 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
1.5 |
0.5 |
2 |
20 |
26 |
36 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
1.5 |
0.5 |
1 |
10 |
22 |
30 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
0.9 |
1 |
1 |
12 |
24 |
30 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
2 |
1 |
1 |
10 |
25 |
34 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
1.5 |
1 |
1 |
12 |
20 |
36 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
1.2 |
2 |
4 |
14 |
20 |
30 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
1.5 |
2 |
4 |
14 |
20 |
28 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5
2. РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВАЛА РЕДУКТОРА
Вал редуктора передает мощность N, кВт, при частоте вращения n0 , об/мин. На валу (посадка H7/n6 ) установлены прямозубые зубчатые колеса диаметром D1 и D2 ,
шириной b1 = 0,1d и b2 = 0,2d .
1.Расчет диаметра вала
1.1.Составить расчетную схему и определить приложенные к валу нагрузки.
1.2.Построить эпюру крутящего момента Мz .
1.3.Построить эпюры изгибающих моментов Мx , Мy .
1.4.Определить диаметр вала d из условия прочности (расчет на статическую прочность).
1.5.Выполнить проверочный расчет вала с учетом циклического изменения напряжений (расчет на сопротивление усталости; ГОСТ 25.504-82).
Указания: а) при изготовлении вала используются заготовки в виде проката или поковок из углеродистых или легированных сталей.
Материал вала и качество обработки его поверхности ( самостоятельно;
K |
F |
|
= 0,80 – 0,96) выбрать
|
|
Механические характеристики, МПа |
|
|
|||
Марка стали |
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
Т |
Т |
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Сталь35 |
520 |
280 |
150 |
|
220 |
||
40XH |
820 |
650 |
390 |
|
360 |
||
12XH3А |
950 |
700 |
490 |
|
420 |
||
20X13 |
1000 |
800 |
560 |
|
450 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
б) нормативный коэффициент запаса прочности [п] выбрать в пределах 2,0 – 2,5. Полученный при расчете диаметр вала округлить до ближайшего большего размера
(ГОСТ допускает значения d = 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 100 мм);
в) фактический коэффициент запаса прочности должен находиться в пределах п =1,4
– 1,7. Если это условие не выполняется, необходимо изменить диаметр вала и повторить проверочный расчет;
г) в местах посадки зубчатых колес на вал, учесть влияние шпоночных канавок на концентрацию напряжений. Значение эффективного коэффициента концентрации
напряжений |
|
выбрать в зависимости от В материала вала. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Посадка |
|
|
|
|
|
, при в |
, МПа |
|
|
||
400 |
500 |
600 |
|
700 |
|
800 |
900 |
1000 |
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H7/n6 |
|
1,8 |
2,0 |
2,2 |
|
2,3 |
|
2,5 |
2,6 |
2,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент масштабного эффекта |
Kd для валов с концентраторами выбрать в |
||||||||||
зависимости от диаметра вала d, определенного в п.1.4.
6
|
|
K |
d |
d, мм |
|
|
|
сталь |
|
сталь |
|
|
|
||
|
углеродистая |
|
легированная |
20 |
0,88 |
|
0,81 |
30 |
0,86 |
|
0,70 |
40 |
0,80 |
|
0,65 |
60 |
0,72 |
|
0,56 |
100 |
0,60 |
|
0,42 |
Данные к задаче № 1
№ |
N, |
п0, |
D1, |
D2, |
l1, |
l2, |
a1, |
a2, |
марка |
варианта |
кВт |
об/мин |
м |
м |
м |
м |
м |
м |
стали |
1 |
10 |
750 |
0.2 |
0.4 |
0.5 |
0.7 |
0.35 |
0.4 |
35 |
2 |
5 |
1000 |
0.2 |
0.4 |
0.55 |
0.75 |
0.4 |
0.4 |
40ХН |
3 |
15 |
500 |
0.25 |
0.35 |
0.6 |
0.8 |
0.4 |
0.35 |
35 |
4 |
7,5 |
300 |
0.25 |
0.2 |
0.65 |
0.85 |
0.35 |
0.2 |
35 |
5 |
12,5 |
350 |
0.3 |
0.4 |
0.7 |
0.5 |
0.2 |
0.3 |
40ХН |
6 |
10 |
400 |
0.3 |
0.4 |
0.75 |
0.55 |
0.2 |
0.3 |
40ХН |
7 |
5 |
700 |
0.35 |
0.35 |
0.8 |
0.6 |
0.25 |
0.35 |
35 |
8 |
15 |
400 |
0.4 |
0.2 |
0.85 |
0.65 |
0.25 |
0.4 |
40ХН |
9 |
7,5 |
250 |
0.4 |
0.4 |
0.5 |
0.7 |
0.3 |
0.3 |
35 |
10 |
12,5 |
200 |
0.35 |
0.4 |
0.55 |
0.75 |
0.3 |
0.3 |
35 |
11 |
20 |
750 |
0.2 |
0.35 |
0.6 |
0.8 |
0.35 |
0.35 |
40ХН |
12 |
18 |
400 |
0.2 |
0.2 |
0.65 |
0.85 |
0.4 |
0.4 |
40ХН |
13 |
10 |
650 |
0.25 |
0.3 |
0.7 |
0.5 |
0.4 |
0.35 |
35 |
14 |
12 |
700 |
0.25 |
0.3 |
0.75 |
0.55 |
0.4 |
0.4 |
40ХН |
15 |
14 |
400 |
0.3 |
0.35 |
0.8 |
0.65 |
0.35 |
0.4 |
35 |
16 |
10 |
250 |
0.3 |
0.4 |
0.85 |
0.7 |
0.2 |
0.4 |
35 |
17 |
5 |
200 |
0.35 |
0.3 |
0.5 |
0.75 |
0.35 |
0.35 |
40ХН |
18 |
15 |
750 |
0.4 |
0.3 |
0.55 |
0.8 |
0.4 |
0.2 |
40ХН |
19 |
7,5 |
1000 |
0.4 |
0.35 |
0.65 |
0.5 |
0.3 |
0.3 |
35 |
20 |
12,5 |
500 |
0.4 |
0.4 |
0.7 |
0.55 |
0.3 |
0.3 |
35 |
21 |
12 |
300 |
0.35 |
0.35 |
0.75 |
0.6 |
0.35 |
0.35 |
35 |
22 |
14 |
350 |
0.2 |
0.4 |
0.8 |
0.65 |
0.4 |
0.4 |
35 |
23 |
2.0 |
700 |
0.2 |
0.4 |
0.7 |
0.7 |
0.35 |
0.4 |
40ХН |
24 |
1.8 |
400 |
0.4 |
0.35 |
0.75 |
0.75 |
0.4 |
0.4 |
40ХН |
25 |
3.0 |
250 |
1.3 |
0.4 |
0.8 |
0.8 |
0.3 |
0.4 |
40ХН |
7
3. Расчет трубопровода питательной воды
В качестве расчетной схемы трубопровода принять закрытый толстостенный цилиндр, находящийся под действием давления (p1 и/или p2) и стационарного осесимметричного температурного поля
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
ln |
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T(r) = T2+(T1 |
– T2) |
|
2 |
, |
||
r |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
ln |
1 |
r |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||
где r1, r2 – внутренний и наружный радиусы цилиндра,
T1=T(r1), T2=T(r2). |
|
3.1. Построить эпюры напряжений r , и |
z |
, возникающих в цилиндре при
действии заданного давления.
3.2. Построить эпюры напряжений
r
,
,
z
, возникающих вследствие
температурного воздействия.
3.3. Построить эпюры суммарных напряжений и проверить прочность.
Данные к задаче № 3
№ |
r1, |
r2, |
p1, |
p2, |
T1, |
T2, |
варианта |
см |
см |
МПа |
МПа |
oC |
oC |
1 |
16 |
20 |
7 |
1 |
150 |
100 |
2 |
17 |
21 |
9 |
1 |
160 |
100 |
3 |
18 |
23 |
11 |
1 |
170 |
100 |
4 |
19 |
23 |
13 |
1 |
180 |
100 |
5 |
20 |
26 |
8 |
1 |
190 |
100 |
6 |
15 |
21 |
10 |
2 |
200 |
120 |
7 |
19 |
23 |
12 |
2 |
150 |
120 |
8 |
18 |
25 |
7 |
2 |
160 |
120 |
9 |
17 |
23 |
9 |
2 |
170 |
120 |
10 |
16 |
21 |
11 |
3 |
180 |
120 |
11 |
16 |
21 |
13 |
2 |
190 |
120 |
12 |
17 |
24 |
8 |
3 |
200 |
130 |
13 |
18 |
25 |
10 |
3 |
150 |
130 |
14 |
19 |
23 |
12 |
3 |
160 |
130 |
15 |
18 |
21 |
7 |
2 |
170 |
130 |
16 |
15 |
21 |
9 |
1 |
180 |
140 |
17 |
19 |
23 |
11 |
2 |
190 |
140 |
18 |
18 |
25 |
13 |
1 |
200 |
140 |
19 |
17 |
23 |
8 |
2 |
150 |
140 |
20 |
16 |
22 |
10 |
3 |
160 |
150 |
21 |
16 |
20 |
12 |
2 |
170 |
150 |
22 |
17 |
23 |
7 |
3 |
180 |
150 |
23 |
19 |
25 |
9 |
1 |
190 |
150 |
24 |
19 |
25 |
11 |
1 |
200 |
160 |
25 |
20 |
25 |
13 |
2 |
150 |
100 |
8
4.Расчет трубной доски
Вкачестве расчетной схемы принимается круговая (кольцевая) пластина постоянной толщины h, находящаяся под действием заданной внешней нагрузки.
4.1.Получить выражения для радиального Мr и окружного Мθ изгибающих моментов и построить соответствующие эпюры (относительно параметра внешней нагрузки).
4.2.Определить допускаемое значение внешней нагрузки. Построить эпюру прогибов пластинки при нагрузке, равной ее допускаемому значению.
Данные к задаче № 4
№ |
r1, |
r2, |
h, |
варианта |
м |
м |
м |
1 |
0.25 |
1.1 |
0.10 |
2 |
0.20 |
1.2 |
0.12 |
3 |
0.30 |
1.3 |
0.14 |
4 |
0.40 |
1.0 |
0.08 |
5 |
0.30 |
1.0 |
0.11 |
6 |
0.35 |
1.0 |
0.08 |
7 |
0.45 |
1.1 |
0.08 |
8 |
0.30 |
1.2 |
0.11 |
9 |
0.40 |
1.3 |
0.08 |
10 |
0.30 |
1.1 |
0.10 |
11 |
0.35 |
1.2 |
0.09 |
12 |
0.30 |
1.3 |
0.09 |
13 |
0.25 |
1.4 |
0.08 |
14 |
0.20 |
1.5 |
0.11 |
15 |
0.30 |
1.4 |
0.08 |
16 |
0.40 |
1.3 |
0.10 |
17 |
0.30 |
1.3 |
0.12 |
18 |
0.35 |
1.2 |
0.14 |
19 |
0.25 |
1.3 |
0.08 |
20 |
0.20 |
1.4 |
0.11 |
21 |
0.30 |
1.5 |
0.08 |
22 |
0.40 |
1.4 |
0.10 |
23 |
0.25 |
1.3 |
0.12 |
24 |
0.20 |
1.3 |
0.14 |
25 |
0.30 |
1.2 |
0.08 |
Указание. Материал пластинки - легированная
самостоятельно). |
|
При вычислениях принять Е = 200 ГПа; = 0,3, |
|
выбирается самостоятельно. |
|
сталь (марку стали выбрать
= 240 МПа. Критерий прочности
9
5.Расчет патрубка корпуса подогревателя
Вкачестве расчетной схемы принимается круговая цилиндрическая оболочка постоянной толщины h, нагруженная осесимметричной нагрузкой.
5.1. Получить аналитические выражения и построить эпюры внутренних силовых
факторов Мx, Мy,
N y
.
5.2.Определить толщину оболочки h из условия прочности.
5.3.Построить эпюру нормального прогиба w(x) для оболочки толщиной h , найденной в п.5.2.
Указание. Вычисления для w(x), Мx, Мy, и
N y
проводить с шагом
x 0,1
(0
x
1,5
), где
- длина полуволны краевого эффекта.
Данные к задаче № 5
№ |
а, |
R, |
.105, |
p |
0 , |
q.10--6, |
|
варианта |
м |
м |
м |
|
Н/м |
||
МПа |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
1 |
0.05 |
1.00 |
1 |
0.7 |
0.15 |
||
2 |
0.06 |
0.75 |
2 |
0.9 |
0.15 |
||
3 |
0.07 |
0.80 |
3 |
0.8 |
0.15 |
||
4 |
0.08 |
0.85 |
4 |
0.75 |
0.2 |
||
5 |
0.09 |
0.90 |
5 |
0.7 |
0.25 |
||
6 |
0.10 |
0.90 |
6 |
0.75 |
0.3 |
||
7 |
0.05 |
0.95 |
1 |
0.85 |
0.3 |
||
8 |
0.05 |
0.95 |
3 |
0.95 |
0.2 |
||
9 |
0.05 |
1.00 |
5 |
0.9 |
0.25 |
||
10 |
0.06 |
1.00 |
2 |
0.6 |
0.2 |
||
11 |
0.07 |
1.00 |
4 |
0.6 |
0.25 |
||
12 |
0.08 |
0.75 |
5 |
0.65 |
0.2 |
||
13 |
0.09 |
0.80 |
6 |
0.7 |
0.25 |
||
14 |
0.10 |
0.85 |
2 |
0.6 |
0.2 |
||
15 |
0.05 |
0.90 |
4 |
0.6 |
0.2 |
||
16 |
0.06 |
0.90 |
3 |
1 |
0.2 |
||
17 |
0.07 |
0.95 |
2 |
1 |
0.25 |
||
18 |
0.08 |
0.95 |
5 |
1 |
0.25 |
||
19 |
0.09 |
1.00 |
1 |
0.85 |
0.25 |
||
20 |
0.10 |
1.00 |
2 |
0.95 |
0.15 |
||
21 |
0.05 |
1.00 |
3 |
0.9 |
0.15 |
||
22 |
0.06 |
0.75 |
4 |
0.6 |
0.15 |
||
23 |
0.07 |
0.80 |
3 |
0.6 |
0.25 |
||
24 |
0.06 |
0.85 |
3 |
0.65 |
0.25 |
||
25 |
0.07 |
0.90 |
3 |
0.85 |
0.25 |
||
10
6. Расчет критических скоростей вращающегося вала
Вал с установленными на нем зубчатыми колесами схематизируется как механическая система с двумя степенями свободы. В качестве обобщенных координат принимаются прогибы v1, v2 вала в местах посадки зубчатых колес, определяемые в
системе координат, жёстко связанной |
с валом. |
|
|
|
|
|
|
2.1. |
Вычислить критические |
угловые скорости |
вращения |
вала |
|
1, |
2 и |
соответствующие им критические числа оборотов в минуту п1, п2 . |
|
|
|
|
|||
2.2. |
Найти формы колебаний, соответствующие |
частотам |
1, 2, |
проверка |
|||
ортогональности форм колебаний обязательна.
2.3. Вычислить прогибы
v |
,v |
1 |
2 |
и наибольшие динамические напряжения,
возникающие в вале при заданном рабочем числе оборотов за счет действия центробежных сил.
Указания: а) вал предполагается упругим и безынерционным; демпфирование и гироскопические эффекты не учитываются. При определении критических скоростей 1,2 рассматриваются плоские изгибные колебания вала;
б) принимается, что центры масс колес расположены в одной плоскости. Смещения центров масс от оси вала характеризуются эксцентриситетами 1, 2;
в) если п1 или п2 отличаются от п0 менее, чем на 30%, то необходимо дать рекомендации по изменению конструктивных параметров рассматриваемой системы.