Основные понятия и определения курса

Определим базовые понятия в самом начале работы для систематизации учебного материала и во избежание двусмысленного толкования.

Расположим понятия по степени сложности.

В стандарте ГОСТ 15467-79 ПРОДУКЦИЯ – результат деятельности или процессов. Продукция может включать услуги, оборудование, перерабатываемые материалы, программное обеспечение или комбинацию из них.

Согласно ГОСТ 15895-77, ИЗДЕЛИЕ является единицей промышленной продукции. ИЗДЕЛИЕ – любой предмет или набор предметов производства, изготовленный предприятием. Под изделием понимают любую продукцию, изготовляемую по конструкторской документации. Видами изделий являются детали, комплекты, узлы, механизмы, агрегаты, машины и комплексы. Изделия, в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей, делятся: 1) на неспецифицированные (детали) - не имеющие составных частей; 2) на специфицированные (сборочные единицы, комплексы, комплекты) - состоящие из двух и более составных частей. Составными частями машины являются: деталь, сборочная единица (узел), комплекс и комплект.

ДЕТАЛИ МАШИН – научная дисциплина, занимающаяся изучением, проектированием и расчетом деталей машин и узлов общего назначения. Механизмы и машины состоят из деталей. Встречающиеся почти во всех машинах болты, валы, зубчатые колеса, подшипники, муфты называют узлами и деталями общего назначения.

ДЕТАЛЬ – (франц. detail – кусочек ) – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (ГОСТ 2.101-68). Например, валик из одного куска металла; литой корпус; пластина из биметаллического листа и т. д. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т. п.) или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т. п.).

Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяют такие, которые применяют почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и т.п.). Эти детали (узлы) называют деталями общего назначения и изучают в курсе "Детали машин". Все другие детали (поршни, лопатки турбин, гребные винты и т.п.) относятся к деталям специального назначения и изучаются в специальных курсах. Детали общегоназначения применяют в машиностроении в очень больших количествах. Поэтому любое усовершенствование методов расчета и конструцкии этих деталей, позволяющее уменьшить затраты материала, понизить стоимость производства, повысить долговечность,п риносит большой экономический эффект.

СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА – изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (свинчиванием, сочленением, пайкой, опрессовкой и т. п.), (ГОСТ 2.101-68).

УЗЕЛ – законченная сборочная единица, состоящая из деталей общего функционального назначения и выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями изделия (муфты, подшипники качения и др.). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов ); например, редуктор включает подшипники, валы с насажденными на них зубчатыми колесами и т.п.

КОМПЛЕКТ (ремкомплект ) – это набор отдельных деталей, служащее для совершения таких операции как сборка, сверление, фрезерование или для ремонта определенных узлов машин. Например, набор накладных или торцевых ключей, отверток, сверл, фрез или ремкомплект карбюратора, топливного насоса и так далее.

МЕХАНИЗМ – система подвижно соединенных деталей, предна­значенная для преобразования движения одного или нескольких тел в це­лесообразные движения других тел (например, кривошипно-ползунный механизм, механические передачи и т. п.).

По функциональному назначению механизмы машин обычно делятся на следующие виды:

Передаточные механизмы;

Исполнительные механизмы;

Механизмы управления, контроля и регулирования;

Механизмы подачи, транспортирования и сортирования.

ЗВЕНО – группа деталей, образующая подвижную или неподвижную относительно друг друга механическую систему тел.

Звено, принимаемое за неподвижное, называется стойкой.

Входным звеном называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в движения других звеньев.

Выходным звеном называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Между входным и выходным звеньями могут быть расположены промежуточные звенья.

В каждой паре совместно работающих звеньев в направлении силового потока различают ведущее и ведомое звенья.

В современном машиностроении широкое применение получили механизмы, в состав которых входят упругие (пружины, мембраны и др.) и гибкие (ремни, цепи, канаты и др.) звенья.

Кинематической парой называют соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Поверхности, линии, точки звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называются элементами кинематической пары. По функциональному признаку кинематические пары могут быть вращательными , поступательными , винтовыми и т. д.

Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью . Таким образом, в основе всякого механизма лежит кинематическая цепь.

АППАРАТ – (лат. apparatus – часть ) прибор, техническое устройство, приспособление, обычно некая автономно-функциональная часть более сложной системы.

АГРЕГАТ – (лат. aggrego – присоединять ) унифицированный функциональный узел, обладающий полной взаимозаменяемостью.

ПРИВОД - устройство, посредством которого осуществляется движение рабочих органов машин. В ТММ применяется адекватный термин – машинный агрегат.

МАШИНА – (греч. "м ахина" – огромная, грозная ) система деталей, совершающая механическое движение для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения труда. Машина характерна наличием источника энергии и требует присутствия оператора для своего управления. Проницательный немецкий экономист К. Маркс заметил, что всякая машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного механизмов. Категория «машина» в быту чаще употребляется в качестве термина «техника».

ТЕХНИКА - это созданные человеком материальные средства, используемые им для расширения его функциональных возможностей в различных областях деятельности с целью удовлетворения материаль­ных и духовных потребностей.

По характеру рабочего процесса все многообразие машин можно разделить на классы: энергетические, технологические, транспортирующие и информационные.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ - это устройства, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, паровой, тепловой и т.п.) в механическую . К ним относятся электрические машины (электродвигатели), электромагнитные преобразователи тока, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.п. К разновид ности энергетических машин относятся МАШИНЫ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, служащие для преобразования механической энергии в энергию любого вида. К ним относятся генераторы, компрессоры, гидрав­ лические насосы и т.п.

ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ - преобразуют энергию двигателя в энергию перемещения масс (продукции, изделий). К транспортирующим машинам относятся конвейеры, элеваторы, нории, подъемные краны и подъемники.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ (ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ) МАШИНЫ - предназначены для получения и преобразования информации.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ - предназначены для преобразования обраба тываемого предмета (продукта), состоящего в изменении его размеров, формы, свойства или состояния.

Технологические машины состоят из энергетической машины (двигателя), передаточного и исполнительного механизмов. Важнейшим в машине является ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, определяющий техно логические возможности, степень универсальности и наименование машины. Те части машины, которые вступают в соприкосновение с продуктом и воздействуют на него, называются РАБОЧИМ ОРГАНОМ МАШИНЫ.

В области конструирования машин (машиностроения) широко используется категория ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, под которой понимаются искусственно созданные объекты, предназначенные для удовлетворения определенной потребности, которым присущи возможность выполнения не менее одной функции, многоэлементность , иерархичность строения, множественность связей между элементами, многократность изменения и многообразие потребительских качеств. К техническим системам относятся отдельные машины, аппараты, прибо ры, сооружения, ручные орудия, их элементы в виде узлов, блоков, агрегатов и других сборочных единиц, а также сложные комплексы взаимо­ связанных машин, аппаратов, сооружений и т.п.

ПРИВОД - устройство, приводящее в движение машину или механизм.

Привод состоит из :

Источника энергии;

Передаточного механизма;

Аппаратуры управления.

МАШИННЫМ АГРЕГАТОМ называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины. В зависимости от условий работы машинного агрегата режим управления может осуществляться вручную или автоматически.

КОМПЛЕКС – это тоже сборочная единица отдельных взаимосвязанных машин, автоматов и роботов, управляемые с единого центра для совершения технологических операции в определенной последовательности. Например, РТК – робототехнические комплексы, автоматические линии без участия человека при выполнении технологических операции; поточные линии, где в некоторых операциях участвуют люди, например при удалении оперении птиц.

АВТОМАТ – (греч. "а утомотос " – самодвижущийся ) машина, работающая по заданной программе без оператора.

РОБОТ – (чешск . robot – работник ) машина, имеющая систему управления, позволяющую ей самостоятельно принимать исполнительские решения в заданном диапазоне.

Требования, предъявляемые к техническим объектам

При разработке технического объекта необходимо учитывать требования, которым должен удовлетворять проектируемый объект.

В 1950 г. немецкий инженер Ф. Кессельринг предпринял попытку собрать все требования, которые ставят перед собой конструкторы, с тем, чтобы в качестве декомпозиции процесса проектирования, т.е. разделения сложной задачи на ряд более простых, превратить проектирование в процесс последовательного удовлетворения одного требования за другим - подобно школьной задаче в нескольких действиях.

Список Ф. Кессельринга включал более 700 требований. Это был неполный список, сегодня известно более 2500 требований.

Кессельрингу не удалось решить поставленную задачу, поскольку многие требования противоречат друг другу. Например, требование повышения уровня автоматизации технического объекта противоречат требованию всемерного упрощения конструкции и т.д.

Таким образом, в каждом случае конструктор должен решать, какое требование следует удовлетворять, а каким следует пренебречь.

Тем не менее, существование списка требований и его пополнение чрезвычайно полезно, поскольку заставляет обратить внимание на те стороны объекта, которые подчас кажутся банальными, а на деле упускаются.

Ниже приведены некоторые примеры требований:

Подчинять конструирование задаче увеличения экономического эффекта, определяемого в первую очередь полезной отдачей машины, ее долговечностью и стоимостью эксплуатационных расходов за весь период использования машины;

Добиваться максимального повышения полезной отдачи путем увеличения производительности машины и объема выполняемых ею операций;

Добиваться всемерного снижения расходов на эксплуатацию машин уменьшением энергопотребления, стоимостиобслуживания и ремонта;

Увеличивать степень автоматизации машин с целью увеличения производительности, повышения качества продукции и сокращения затрат на рабочуюсилу;

Увеличить долговечность машин;

Обеспечивать длительный моральный срок службы, закладывая в машины высокие исходные параметры и предусматривая резервы развития и совершенствования машин;

Закладывать в машины предпосылки интенсификации их использования повышением универсальности и надежности;

Предусматривать возможность создания производных машин с максимальным использованием конструктивных элементов базовой машины;

Стремиться к сокращению числа типоразмеров машин;

Стремиться к устранению капитальных ремонтов за счет наличия сменных частей;

Последовательно выдерживать принцип агрегатности ;

Исключать необходимость подбора и пригонки деталей при сборке, обеспечивая их взаимозаменяемость;

Исключить операции выверки, регулировки деталей и узлов по месту; предусматривать в конструкции, фиксирующие элементы, обеспечивающие правильную установку деталей и узлов при сборке;

Обеспечивать вас окую прочность деталей за счет придания им рациональных форм, применения материалов повышенной прочности, введения упрочняющей обработки;

В машины, узлы и механизмы, работающие при циклических и динамических нагрузках, вводить упругие элементы, смягчающие колебания нагрузки;

Делать машины неприхотливыми к уходу, устранять необходимость периодической регулировки и т.д.;

Предупреждать возможность перенапряжения машины, для чего вводить автоматические регуляторы, предохранительные и предельные устройства, исключающие возможность эксплуатации машины на опасных режимах;

Исключать возможность неправильной сборки деталей и узлов, нуждающихся в точной взаимной координации, введением блокировки;

Заменять периодическую смазку непрерывной автоматической;

Избегать открытых механизмов и передач;

Обеспечить надежную страховку резьбовых соединений от самоотворачивания ;

Предупреждать коррозию деталей;

Стремиться к минимальному весу машин и минимальной металлоемкости.

На этом пункте стоит остановиться особо. Целый ряд фактов говорит о том, что в части металлоемкости конструкции мы еще сильно отстаем в ряде отраслей машиностроения от развитых капиталистических стран.

Так, материалоемкость экскаватора ЭО-6121 на 9 тонн выше экскаватора фирмы Поклейн (ФРГ), башенный кран КБ-405-2 на 26 тонн тяжелее аналога, выпускаемого фирмой Рейнер (ФРГ), металлоемкость трактора T-130М выше американского аналога Д-7Р на 730 кг. У "Камаза " на 1 т грузоподъемности приходится 877 кг собственного веса, а у "Магируса " (ФРГ) - 557 кг / 1 т.

На перевозку избытка собственного веса "Камаз " перерасходует на 1 машину 3 т/год.

Всемерно упрощать конструкцию машин;

Заменять, где это возможно, механизмы с прямолинейным возвратно-поступательным движением механизмами с вращательным движением;

Обеспечивать максимальную технологичность деталей и узлов;

Сокращать объем механической обработки, предусматривая изготовление заготовок с формой, приближающейся к окончательной форме изделия;

Осуществлять максимальную унификацию элементов в применение нормализованных деталей;

Экономить дорогостояще и дефицитные материалы;

Придавать машине простые и гладкие внешние формы, облегчающие содержание машины в опрятном состоянии;

Соблюдать требования технической эстетики;

Делать доступными и удобными для осмотра узлы, нуждающиеся в периодической проверке;

Обеспечивать безопасность эксплуатации агрегата;

Непрерывно совершенствовать конструкцию машин, находящихся в серийном производстве;

При проектировании новых конструкций проверять все элементы новизны экспериментов;

Шире использовать опытисполненных конструкций, опыт смежных, а в нужных случаях и отдаленных по профилю отраслей машиностроения.

Разумное сочетание требований достигается оптимизацией конструкции. В некоторых случаях задачи оптимизации решаются достаточно просто. В других случаях решением таких задач приходится заниматься целыми институтами.

Изложенные требования не являются разрозненными, никак не связанными друг с другом случайными рекомендациями. Они являются отражением воздействия современной НТР на технику. В работе "НТР и преимущества социализма", [Мысль, 1975] отмечается: "Обобщение тенденции развития техники и научных разработок дает возможность отметить следующие особенности создаваемых рабочих машин:

А. В области использования сил природы - все большее использование физических, химических, биологических процессов, переход к комплексной технологии, новый видам движения материи, высоких и низких потенциалов (давлений, температур и т.п.).

Б. В области конструкционных и организационно-технических форм - повышение единичной мощности, интеграция процессов в одном органе, рост прочности связей, обеспечение динамичности конструкций, широкое использование искусственных материалов, интеграция машин во все большие системы-линии, участки, узлы, комплексы. Развитие динамичности достигается повышением стандартизации, унификации, универсализации, блочности и агрегатирования . Эта динамичность отражает многообразие функций техники. Прогресс же стандартизации, агрегатирования характеризует единство техники на естественнонаучной основе.

В. В области принципов воздействия на предмет труда - максимально возможное, прямое использование сил природы, тенденция к изменению фундаментальных основ перерабатываемых веществ и получение конечного продукта.

Механизмы и их классификация

Механизмы, применяемые в современных машинах и системах, весьма многообразны и классифицируются по многим признакам.

1. По области применения и функциональному назначению:

Механизмы летательных аппаратов;

Механизмы станков;

Механизмы кузнечных машин и прессов;

Механизмы двигателей внутреннего сгорания;

Механизмы промышленных роботов (манипуляторы);

Механизмы компрессоров;

Механизмы насосов и т.д.

2. По виду передаточной функции на механизмы:

С постоянной передаточной функцией;

С переменной передаточной функцией:

С нерегулируемой (синусные, тангенсные );

С регулируемой:

Со ступенчатым регулированием (коробки передач);

С бесступенчатым регулированием (вариаторы).

3. По виду преобразования движения:

Вращательное во вращательное (редукторы, мультипликаторы, муфты)

Вращательное в поступательное;

Поступательное во вращательное;

Поступательное в поступательное.

4. По движению и расположению звеньев в пространстве:

Пространственные;

Плоские;

Сферические.

5. По изменяемости структуры механизма на механизмы:

С неизменяемой структурой;

С изменяемой структурой.

6. По числу подвижностей механизма:

С одной подвижностью W = 1;

С несколькими подвижностями W > 1:

Суммирующие (интегральные);

Разделяющие (дифференциальные).

7. По виду кинематических пар (КП):

С низшими КП (все КП механизма низшие);

С высшими КП (хотя бы одна КП высшая);

Шарнирные (все КП механизма вращательные – шарниры).

8. По способу передачи и преобразования потока энергии:

Фрикционные (сцепления);

Зацеплением;

Волновые (создание волновой деформации);

Импульсные.

9. По форме, конструктивному исполнению и движению звеньев:

Рычажные;

Зубчатые;

Кулачковые;

Фрикционные;

Винтовые;

Червячные;

Планетарные;

Манипуляторы;

Механизмы с гибкими звеньями.

Кроме того, существует большое число различных составных или комбинированных механизмов, представляющих собой те или иные сочетания механизмов перечисленных выше видов.

Однако для фундаментального понимания функционирования машин базовым классификационным признаком является структура механизмов − совокупность и взаимоотношения входящих в систему элементов.

Изучая плоские рычажные механизмы с низшими кинематическими парами, профессор Петербургского университета Л.В.Ассур в 1914 г. обнаружил, что любой самый сложный механизм фактически состоит не просто из отдельных звеньев, а из простейших структурных групп, образованных звеньями и кинематическими парами − небольших открытых кинематических цепей. Он предложил оригинальную структурную классификацию , в которой все механизмы состоят из первичных механизмов и структурных групп (групп нулевой подвижности или "групп Ассура ").

В 1937 г. советский академик И.И. Артоболевский усовершенствовал и дополнил эту классификацию, распространив ее вплоть до пространственных механизмов с поступательными кинематическими парами.

Сущность структурной классификации состоит в использовании понятия структурной группы, из которых состоят все механизмы.

Значение передаточных механизмов в машиностроении

Основными функциями передаточных механизмов являются:

Передача и преобразование движения;

Изменение и регулирование скорости;

Распределение потоков мощности между различными исполнительными органами данной машины;

Пуск, останов и реверсирование движения.

Эти функции должны выполняться безотказно с заданными степенью точности и производительностью в течение определенного промежутка времени. При этом механизм должен иметь минимальные габаритные размеры, быть экономичным и безопасным в эксплуатации. В ряде случаев к передаточным механизмам могут быть предъявлены и другие требования: надежная работа в загрязненной или агрессивной среде, при высоких или весьма низких температурах и т. д. Удовлетворение всем этим требованиям представляет собой сложную задачу и требует от проектировщика умения хорошо ориентироваться в многообразии современных механизмов, знания современных конструкционных материалов, новейших методов расчета деталей и элементов машин, знакомства с влиянием технологии изготовления деталей на их долговечность, экономичность и т. д.

Одной из задач курса «Детали машин» и является обучение методам проектирования передаточных механизмов общего назначения.

Большинство современных машин и приборов создается по схеме двигатель – передача – рабочий орган (исполнительный механизм). Необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и рабочими органами машины связана с решением ряда задач.

Например, в автомобилях и других транспортных машинах требуется изменять величину скорости и направление движения, а на подъемах и при трогании с места необходимо в несколько раз увеличить вращающий момент на ведущих колесах. Сам автомобильный двигатель не может выполнять эти требования, так как он работает устойчиво только в узком диапазоне изменения величины вращающего момента и угловой скорости. При выходе за пределы этого диапазона двигатель останавливается. Подобно автомобильному двигателю слабо регулируются многие другие двигатели, в том числе большинство электрических .

В некоторых случаях регулирование двигателя возможно, но нецелесообразно по экономическим соображениям, так как за пределами номинального режима работы КПД двигателей существенно понижается.

Масса и стоимость двигателя при одинаковой мощности уменьшаются с увеличением угловой скорости его вала. Применение таких двигателей с передачей, понижающей угловую скорость, вместо двигателей с малой угловой скоростью без передачи экономически более целесообразно.

В связи с широким распространением комплексной механизации и автоматизации производства значение передач в машинах еще более увеличивается. Требуется разветвление потоков энергии и одновременная передача движения с различными параметрами к нескольким исполнительным органам от одного источника – двигателя. Все это делает передачи одним из существенных элементов большинства современных машин и установок.

Классификация деталей машин

Не существует абсолютной, полной и завершённой классификации всех существующих деталей машин, т.к. конструкции их многообразны и, к тому же, постоянно разрабатываются новые.

В зависимости от сложности изготовления детали делятся на простые и сложные . Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологи­ческих операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия - болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.). Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изго­товлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

По функциональному назначению узлы и детали делятся на типовые группы по характеру их использования.

- ПЕРЕДАЧИ предназначены для передачи и преобразования движения, энергии в машинах. Их разделяют на передачи зацеплением, передающие энергию посредством взаимного зацепления зубьев (зубчатые, червячные и цепные), и передачи трением, передающие энергию посредством сил трения, вызываемых начальным натяжением ремня (ременные передачи) или прижатием одного катка к другому (фрикционные передачи).

- ВАЛЫ и ОСИ. Валы служат для передачи вращающего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей передач (зубчатые колёса, шкивы звёздочки), устанавливаемых на валах. Оси служат для поддержания вращающихся, деталей без передачи полезных вращающих моментов.

- ОПОРЫ служат для установки валов и осей.

- ПОДШИПНИКИ. Предназначены для закрепления валов и осей в пространстве. Оставляют валам и осям только одну степень свободы - вращение вокруг собственной оси. Подшипники делятся на две группы в зависимости от вида трения в них: а) качения; б) скольжения.

- МУФТЫ предназначены для передачи крутящего момента с одного вала на другой. Муфты бывают постоянными, не допускающие разъединения валов при работе машин и сцепные, допускающие сцепление и расцепление валов.

- СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ (СОЕДИНЕНИЯ) соединяют детали между собой.

Они бывают двух видов:

а) разъемные - их можно разобрать без разрушения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые ;

б) неразъемные - разъединение деталей невозможно без их разрушения или связано с опасностью их повреждения. К ним относятся сварочное, клеевое, заклепочное, прессовое соединения.

- УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Их применяют: а) для защиты от вибраций и ударов; б) для совершения в течение длительного времени полезной работы путем предварительного аккумулирования или накопления энергии (пружины в часах); в) для создания натяга, осуществления обратного хода в кулачковых и других механизмах и т.д.

- ИНЕРЦИОННЫЕ ДЕТАЛИ И ЭЛЕМЕНТЫ предназначены для предотвра­щения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движе­ниях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (ма­ховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

- ЗАЩИТНЫЕ ДЕТАЛИ И УПЛОТНЕНИЯ предназначены для защиты внут­ренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (п ­левики , сальники, крышки, рубашки и т.п.).

- КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ предназначенны для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприят­ных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

- ДЕТАЛИ И УЗЛЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

- ДЕТАЛИ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ. К ним можно отнести устройства для защиты от загрязнений, для смазывания и т.д.

Рамки учебного курса не позволяют изучить все разновидности деталей машин и все нюансы проектирования. Однако знание, по крайней мере, типовых деталей и общих принципов конструирования машин даёт инженеру надёжный фундамент и мощный инструмент для выполнения проектных работ практически любой сложности.

В следующих главах мы рассмотрим приёмы расчёта и проектирования типовых деталей машин.

Основные принципы и этапы разработки и проектирования машин

Процесс разработки машин имеет сложную, разветвлённую неоднозначную структуру и обычно называется широким термином проектирование – создание прообраза объекта, представляющего в общих чертах его основные параметры.

Проектирование (по ГОСТ 22487-77) – процесс составления описания, необходимого для создания еще несуществующего объекта (алгоритма его функционирования или алгоритма процесса), путем преобразования первичного описания, оптимизации заданных характеристик объекта (или алгоритма его функционирования), устранения некорректности первичного описания и последовательного представления (при необходимости) описаний на различных языках. В условиях учебного заведения (по сравнению с усло­ виями предприятий) эти стадии проектирования несколько упрощаются.

Проект (от лат. projectus – брошенный вперед) – совокупность документов и описаний на различных языках (графическом – чертежи, схемы, диаграммы и графики; математическом – формулы и расчеты; инженерных терминов и понятий – тексты описаний, пояснительные записки), необходимая для создания какого-либо сооружения или изделия.

Инженерное проектирование – процесс, в котором научная и техническая информация используется для создания новой системы, устройства или машины, приносящих обществу определенную пользу.

Методы проектирования :

Прямые аналитические методы синтеза (разработаны для ряда простых типовых механизмов);

Эвристические методы проектирования – решение задач проектирования на уровне изобретений (например, алгоритм решения изобретательских задач);

Синтез методами анализа – перебор возможных решений по определенной стратегии (на пример, с помощью генератора случайных чисел – метод Монте-Карло) с проведением сравнительного анализа по совокупности качественных и эксплуатационных показателей (часто используются методы оптимизации - минимизация сформулированной разработчиком целевой функции, определяющей совокупность качественных характеристик изделия);

Системы автоматизированного проектирования или САПР – компьютерная программная среда моделирует объект проектирования и определяет его качественные показатели, после принятия решения - выбора проектировщиком параметров объекта, система в автоматизированном режиме выдает проектную документацию;

Другие методы проектирования.

Основные этапы процесса проектирования.

1. Осознание общественной потребности в разрабатываемом изделии.

2. Техническое задание на проектирование (первичное описание).

3. Анализ существующих технических решений.

4. Разработка функциональной схемы.

5. Разработка структурной схемы.

6. Метрический синтез механизма (синтез кинематической схемы).

7. Статический силовой расчет.

8. Эскизный проект.

9. Кинетостатический силовой расчет.

10. Силовой расчет с учетом трения.

11. Расчет и конструирование деталей и кинематических пар (прочностные расчеты, уравновешивание, балансировка, виброзащита ).

Здесь целесообразно выполнить следующие действия:

Уточнить служебное назначение сборочной единицы,

Разобрать кинематическую схему узла (механизма), т. е. выделить составляющие звенья кинематической цепи, уточнить последователь­ ность передачи энергии от начального звена по кинематической цепи к конечному звену, выделить неподвижное звено (корпус, стойку и т.п.), относительно которого перемещаются все остальные звенья, уточнить связи между звеньями, т. е. вид кинематических пар, установить слу жебные функции неподвижного звена и всех подвижных звеньев,

Начать конструирование узла с наиболее ответственного звена определить его тип, выделить составляющие его элементы, расчетом или конструктивно определить основные размеры элементов кинематических пар и элементов звена,

Последовательно конструировать все звенья узла, выполняя проработку их элементов,

Эскизно сконструировать неподвижное звено узла ,

Уточнить разделение каждого звена на детали,

Разделить каждую деталь на составляющие элементы,

Установить служебную функцию (функции) и назначение каждого элемента и его связи с другими элементами,

Выделить сопрягаемые, прилегающие и свободные поверхности каждого элемента детали,

Установить окончательно форму каждой поверхности и ее поло жение,

Окончательно оформить изображение каждой детали на изобра­ жении сборочной единицы.

12. Технический проект.

13. Рабочий проект (разработка рабочих чертежей деталей, технологии изготовления и сборки).

14. Изготовление опытных образцов.

15. Испытания опытных образцов.

16. Технологическая подготовка серийного производства.

17. Серийное производство изделия.

В зависимости от потребности народного хозяйства изделия выпускают в разных количествах. Производство изделий условно подразделяют на единичные, мелкосерийные, среднесерийные и массовые производства.

Под единичным понимается изготовление изделия по заготовленной НТД, в единичном экземпляре и в дальнейшем не повторяется.

Проектирование машин выполняют в несколько стадий, установленных ГОСТ 2.103-68. Для единичного производства это:

1. Разработка технического предложения по ГОСТ 2.118-73.

2. Разработка эскизного проекта по ГОСТ 2.119-73.

3. Разработка технического проекта по ГОСТ 2.120-73.

4. Разработка документации для изготовления изделия.

5. Корректировка документации по результатам изготовления и испытания изделия.

Стадии проектирования при серийном производстве те же, но только корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам изготовления и испытаний первой промышленной партии.

В любом случае, приступая к каждому этапу конструирования, как и вообще к любой работе, необходимо чётко обозначить три позиции:

Исходные данные – любые объекты и информация, относящиеся к делу ("что мы имеем?").

Цель – ожидаемые результаты, величины, документы, объекты ("что мы хотим получить?").

Средства достижения цели – методики проектирования, расчётные формулы, инструментальные средства, источники энергии и информации, конструкторские навыки, опыт ("что и как делать?").

Деятельность конструктора-проектировщика обретает смысл только при наличии заказчика – лица или организации, нуждающихся в изделии и финансирующих разработку.

Теоретически заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое Задание – документ, в котором грамотно и чётко обозначены все технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего изделия. Но, к счастью, этого не происходит, поскольку заказчик поглощён своими ведомственными задачами, а, главное, не имеет достаточных навыков проектирования. Таким образом, инженер не остаётся без работы.

Работа начинается с того, что заказчик и исполнитель совместно составляют (и подписывают) Техническое Задание. При этом исполнитель должен получить максимум информации о потребностях, пожеланиях, технических и финансовых возможностях заказчика, обязательных, предпочтительных и желательных свойствах будущего изделия, особенностях его эксплуатации, условиях ремонта, возможном рынке сбыта.

Тщательный анализ этой информации позволит проектировщику правильно выстроить логическую цепочку "Задание – Цель – Средства" и максимально эффективно выполнить проект.

Техническое задание – перечень требований, условий, целей, задач, поставленных заказчиком в письменном виде, документально оформленных и выданных исполнителю работ проектно-исследовательского характера. Такое задание обычно предшествует разработке строительных, конструкторских проектов и призвано ориентировать проектанта на создание проекта, удовлетворяющего желаниям заказчика и соответствующего условиям использования, применения разрабатываемого проекта, а также ресурсным ограничениям.

Разработка Технического Предложения начинается с изучения Технического Задания. Выясняются назначение, принцип устройства и способы соединения основных сборочных единиц и деталей. Всё это сопровождается анализом научно-технической информации об аналогичных конструкциях. Выполняются кинематический расчёт, проектировочные расчёты на прочность, жёсткость, износостойкость и по критериям работоспособности. Из каталогов предварительно выбираются все стандартные изделия – подшипники, муфты и т.п. Выполняются первые эскизы, которые постепенно уточняются. Необходимо стремиться к максимальной компактности расположения и удобства монтажа-демонтажа деталей.

Техническое предложение (П) – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования.

На стадии Эскизного Проекта выполняются уточнённые и проверочные расчёты деталей, чертежи изделия в основных проекциях, прорабатывается конструкция деталей с целью их максимальной технологичности, выбираются сопряжения деталей, прорабатывается возможность сборки-разборки и регулировки узлов, выбирается система смазки и уплотнения. Эскизный проект должен быть рассмотрен и утверждён, после чего он становится основой для Технического Проекта. При необходимости изготавливаются и испытываются макеты изделия.

Эскизный проект (Э) – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документация.

Технический Проект должен обязательно содержать чертёж общего вида, ведомость технического проекта и пояснительную записку. Чертёж общего вида по ГОСТ 2.119-73 должен дать сведения о конструкции, взаимодействии основных частей, эксплуатационно-технических характеристиках и принципах работы изделия. Ведомость Технического Проекта и Пояснительная Записка, как и все текстовые документы должны содержать исчерпывающую информацию о конструкции, изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия. Они оформляются в строгом соответствии с нормами и правилами ЕСКД (ГОСТ 2.104-68; 2.105-79; 2.106-68). Технический проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Таким образом, проект приобретает окончательный вид – чертежей и пояснительной записки с расчётами, называемымирабочей документацией, оформленных так, чтобы по ним можно было изготовить изделие и контролировать их производство и эксплуатацию.

Рабочий проект (И) – разработка конструкторской документации опытного образца, изготовления, испытания, корректировка по результатам испытаний. Окончательно разрабатываются и утверждаются чертежи деталей и узлов и др. нормативно – технической документации на изготовление и сборку изделий для проведения его испытания.

Изготовление, испытание, доводка и освоение опытного образца. Разработка макетного образца прибора.

Здесь также требуется дать базовые понятия.

К конструкторским документам относят графические и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки или изготовления, приемки, эксплуатации и ремонта.

Конструкторские документы делятся на :

Оригиналы - документы, выполненные на любом материале и предназначенные для выполнения по ним подлинников.

Подлинники - документы, оформленные подлинными установленными подписями и выполненные на любом материале, позволяющем многократное воспроизведение с них копий. Допускается в качестве подлинника использовать оригинал.

Дубликаты - копии подлинников, обеспечивающие идентичность воспроизведения подлинника, выполненные на любом материале, позволяющем снятие с них копий.

Копии - документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником.

Техническое задание – документ, составляемый совместно заказчиком и разработчиком, содержащий общее представление о назначении, технических характеристиках и принципиальном устройстве будущего изделия.

Техническое предложение – дополнительные или уточнённые требования к изделию, которые не могли быть указаны в техническом задании (ГОСТ 2.118-73).

Творчество – специфическая материальная или духовная деятельность, порождающая нечто новое или новую комбинацию известного.

Изобретение – новое решение технической задачи, дающее положительный эффект.

Эскизирование – процесс создания эскиза (от франц. ex quisse – из размышлений), предварительного рисунка или наброска, фиксирующего замысел и содержащего основные очертания создаваемого объекта.

Компоновка – расположение основных деталей, сборочных единиц, узлов, и модулей будущего объекта.

Расчёт – численное определение усилий, напряжений и деформаций в деталях, установление условий их нормальной работы; выполняется по мере необходимости на каждом этапе конструирования.

Чертёж – точное графическое изображение объекта, содержащее полную информацию об его форме, размерах и основных технических условиях изготовления.

Сборочный чертеж - документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для её сборки (изготовления) и контроля. К сборочным чертежам также относят чертежи, по которым выполняют гидромонтаж и пневмомонтаж .

Чертеж общего вида - документ, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его составных частей и поясняющий принцип работы изделия.

Теоретический чертеж - документ, определяющий геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей.

Габаритный чертеж - документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Электромонтажный чертеж - документ, содержащий данные, необходимые для выполнения электрического монтажа изделия.

Монтажный чертеж - документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки (монтажа) на месте применения. К монтажным чертежам также относят чертежи фундаментов, специально разрабатываемых для установки изделия.

Упаковочный чертеж - документ, содержащий данные, необходимые для упаковывания изделия.

Схема - документ, на котором показаны в виде условных изображений и обозначений составные части изделия и связи между ними.

Пояснительная записка – текстовый документ (ГОСТ 2.102-68), содержащий описание устройства и принципа действия изделия, а также технические характеристики, экономическое обоснование, расчёты, указания по подготовке изделия к эксплуатации.

Спецификация – текстовый табличный документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта (ГОСТ 2.102-68).

Ведомость спецификаций - документ, содержащий перечень всех спецификаций составных частей изделия с указанием их количества и входимости .

Ведомость ссылочных документов - документ, содержащий перечень документов, на которые имеются ссылки в конструкторских документах изделия.

Ведомость покупных изделий - документ, содержащий перечень покупных изделий, примененных в разрабатываемом изделии.

i style="mso-bidi-font-style:normal">Ведомость разрешения применения покупных изделий - документ, содержащий перечень покупных изделий, разрешенных к применению в соответствии с ГОСТ 2.124-85.

Ведомость держателей подлинников - документ, содержащий перечень предприятий (организаций), на которых хранят подлинники документов, разработанных и (или) примененных для данного изделия.

Ведомость технического предложения - документ, содержащий перечень документов, входящих в техническое предложение.

Ведомость эскизного проекта - документ, содержащий перечень документов, входящих в эскизный проект

Ведомость технического проекта - документ, содержащий перечень документов, входящих в технический проект.

Техническое условие - документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке, которые нецелесообразно указывать в других конструкторских документах.

Программа и методика испытаний - документ содержащий, технические данные, подлежащие проверке при испытаниях изделия, а также порядок и методы их контроля.

Таблица - документ, содержащий в зависимости от его назначения соответствующие данные, сведенные в таблицу.

Расчет - документ, содержащий расчеты параметров и величин, например, расчет размерных цепей, расчет на прочность и др.

Ремонтные документы - документы, содержащие данные для проведения ремонтных работ на специализированных предприятиях.

Инструкция - документ, содержащий указания и правила, используемые при изготовлении изделия (сборке, регулировке, контроле, приемке и т.п.).

Эксплуатационный документ - конструкторский документ, который в отдельности или в совокупности с другими документами определяет правила эксплуатации изделия и отражает сведения, удостоверяющие гарантированные изготовителем значения основных параметров и характеристик (свойств) изделия, гарантии и сведения по его эксплуатации в течение установленного срока службы.

Эксплуатационные документы изделий, предназначены для эксплуатации и ознакомления с их конструкцией, изучения правил эксплуатации (использования по назначению, технического обслуживания, текущего ремонта, хранения и транспортирования), отражения сведений, удостоверяющих гарантированные изготовителем значения основных параметров и характеристик изделия, гарантий и сведений по его эксплуатации за весь период, а также сведений по его утилизации.

Эскизный проект – первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), когда устанавливаются принципиальные конструктивные и схемные решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия.

Эскизный проект разрабатывают обычно в нескольких вариантах с обстоятельным расчетным анализом, в результате которого отбирают вариант для последующей разработки.

На этой стадии проектирования производят кинематический расчет привода, расчет передач с эскизной компоновкой их деталей, отражающей принципиальные конструктивные решения и дающие общее представление об устройстве и принципе работы проектируемого изделия. Из изложенного следует, что расчеты необхо­ димо выполнять с одновременным вычерчиванием конструкции изделия, так как многие размеры, необходимые для расчета (расстояния между опорами вала, места приложения нагрузок и т.п.), можно получить только из чертежа. В то же время поэтапное вычерчивание конструкции в процессе расчета является проверкой этого расчета. Неправильный результат расчета проявляется в нарушении пропорциональности конструкции детали при выполнении эскизной компоновки изделия.

Первые проектные расчеты на стадии эскизного проектирования выполняют, как правило, упрощенными и приближенными. Оконча­ тельный расчет является проверочным для данной (уже намеченной) конструкции изделия.

Многие размеры элементов детали при проектировании не рассчи­ тывают, а принимают в соответствии с опытом проектирования подобных конструкций, обобщенным в стандартах и нормативно-справочных документах, учебниках, справочниках и пр.

Эскизный проект после утверждения служит основанием для разра­ ботки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Технический проект – заключительный этап проектирования (ГОСТ 2.120-73), когда выявляются окончательные технические решения, дающие полное представление об изделии.

Технический проект после утверждения служит основанием для разработки рабочей документации.

Разработка рабочей документации - заключительная стадия проек­ тирования, необходимая для изготовления всех ненормализованных деталей, а также для оформления заявки на приобретение стандартных изделий.

В учебном заведении объем работ на этой стадии проектирования обычно устанавливается решением кафедры и указывается в техничес ком задании. При разработке привода рабочая документация обычно включает чертеж его общего вида или габаритный чертеж, сборочный чертеж редуктора, рабочие чертежи основных деталей (вала, колеса, звездочки или шкива и т. д.)

Для механических и машиностроительных специальностей

Составил

к.т.н., доц. Еремеев В.К.

Иркутск 2008г.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий конспект лекций по курсу "Детали машин" следует рассматривать как краткое изложение программных вопросов курса, облегчающее усвоение учебного материала и подготовку к экзаменам. Конспект изложен на базе основных учебников Д.Н.Решетова,

М.И. Иванова, П.Г. Гузенкова "Детали машин" и методического пособия В.К. Еремеева и Ю.Н. Горнова « Детали машин. Курсовое проектирование». Пользование конспектом ни в коем случае не исключает подготовки по учебникам, а лишь выделяет основные положения, соответствующие курсу "Детали машин" по машиностроительным и механическим специальностям. В ряде мест конспекта приводятся указания на те вопросы, которые необходимо подготовить только по учебникам, так как, за краткостью изложения, в конспект они не вошли. Это касается главным образом описательной стороны курса и конструктивных особенностей отдельных узлов и деталей машин.

Конспект рассчитан на сокращенную программу - 70 лекционных часов, поэтому в него не вошли такие разделы курса, как: заклепочные соединения, клиновые соединения и специальные виды зубчатых передач. Предполагается, что с этими вопросами студенты могут ознакомиться самостоятельно. Изложение учебного материала в конспекте соответствует программе курса "Детали машин" и содержанию экзаменационных билетов. Порядок изложения отдельных разделов несколько изменен в сравнении с основными учебниками по опыту преподавания предмета автором данного конспекта и с целью возможности досрочной подготовки студентов на практических занятиях к началу курсового проектирования.

«Детали машин» являются первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механиз мов.

Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь - такая часть машины, которую изготовляют без сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка, и т. п.), или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т. п.). Детали (частично или полностью) объединяют в узлы.

Узел- представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т. п.). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов); например, редуктор включает подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т. п.

Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяют такие, которые применяют почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и т. п.). Эти детали (узлы) называют дета­ лями общего назначения и изучают в курсе «Детали машин». Все другие детали, применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (поршни, лопатки турбин, гребные винты и т. п.), относят к деталям специального назначения и изучают в специальных курсах.

Детали общего назначения применяют в машиностроении в очень больших количествах (например, в СССР до 1992г. ежегодно изготавливали около миллиарда зубчатых колес). Поэтому любое усовершенствование методов расчета и конструкции этих деталей, позволяющее уменьшить затраты материала, понизить стоимость производства, повысить долговечность, приносит большой экономический эффект.

Основные требования к конструкции деталей машин .

Совершенство конструкции детали оценивают по ее надежности и экономичности . Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин : прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброус тойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов - износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соот­ветствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по одному или нескольким критериям.

Прочность является главным критерием работоспособности боль шинства деталей. Непрочные детали не могут работать. Следует помнить, что разрушения частей машины приводят не только к простоям, но и к несчастным случаям.

Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической проч­ности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превы­шает предел статической прочности материала (например, σ в ). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате дли­тельного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например, σ -1 ). Сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

Основы расчетов на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В курсе деталей машин общие методы расчетов на проч­ность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов.

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Такими условиями могут быть: условия работы сопряжённых деталей (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы подшипников ухудшаются при больших прогибах валов); технологические условия (например, точность и производительность обработки на металлорежущих станках в значительной степени определяются жесткостью станка и обрабатываемой детали).

Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов. Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с широким внедрением высокопрочных сталей, у которых увеличиваются характеристики прочности (σ в и σ -1), а модуль упругости

Е (характеристика жесткости) остается почти неизменным. При этом чаще встречаются случаи, когда размеры, полученные из расчета на прочность, оказываются недостаточными по жесткости.

Изнашивание - процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в направляющих, в зубчатых зацеплениях, в цилиндрах поршневых машин и т. п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов: мощность, к. п. д., надежность, точность и пр. Детали, изношенные больше нормы, бракуют и заменяют при ремонте. Несвоевременный ремонт приводит к поломке машины, а в некоторых случаях и к аварии.

Интенсивность изнашивания и срок службы детали зависят от давления, скорости скольжения, коэффициента трения и износостойкости материала. Для уменьшения изнашивания широко используют смазку трущихся поверхностей и защиту от загрязнения, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки поверхностей и т. д.

Следует отметить, что изнашивание выводит из строя большое число деталей машины. Оно значительно увеличивает стоимость эксплуатации, вызывая необходимость проведения периодических ремонтных работ. Высокая стоимость ремонта обусловлена значительными затратами ручного, высококвалифицированного труда, который трудно механизировать и автоматизировать. Для многих типов машин за весь период их эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание в связи с изнашиванием в несколько раз превышают стоимость новой машины. Износостойкость деталей машин существенно уменьшается при наличии коррозии. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих машин. Из-за коррозии ежегодно теряется до 10% выплавляемого металла. Для защиты от коррозии применяют антикоррозийные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозийно-устойчивых материалов. При этом особое внимание уделяется деталям, работающим в присутствии воды, пара, кислот, щелочей и других агрессивных сред.

Теплостойкость . Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок и следовательно увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию; понижение точности работы машины (например, прецизионные станки).

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машины, выполняют тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение).

Виброустойчивость . Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин. Например, вибрации в металлорежущих станках снижают точность обработки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. Вредное влияние вибраций проявляется также и вследствие увеличения шумовых характеристик механизмов, В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение.

Особенности расчета деталей машин. Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции заме­няют идеализированными моделями или расчетными схемами. Например, при расчетах на прочность по существу несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. При этом расчет становится приближенным, В приближенных расчетах большое значение имеет правильный выбор расчетной схемы, умение оценить главные и отбросить второстепенные факторы.

Погрешности приближенных расчетов существенно снижаются при использовании опыта проектирования и эксплуатации аналогичных конструкций. В результате обобщения предшествующего опыта выра­батывают нормы и рекомендации, например нормы допускаемых напряжений или коэффициентов запасов прочности, рекомендации по выбору материалов, расчетной нагрузки и пр. Эти нормы и рекомендации в приложении к расчету конкретных деталей приведены в соответствую­щих разделах данного конспекта лекций. Здесь отметим, что неточности расчетов на прочность компенсируют в основном за счет запасов прочности. При этом выбор коэффициентов запасов прочности становится весьма от ветственным этапом расчета. Заниженное значение запаса прочности приводит к разрушению детали, а завышенное - к неоправданному увеличению массы изделия и перерасходу материала. В условиях большого объема выпуска деталей общего назначения перерасход материала приобретает весьма существенное значение.

Факторы, влияющие на запас прочности, многочисленны и разнообразны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных нагрузок, влияние качества технологии, условий эксплуата­ции и пр. Если учесть все разнообразие условий работы современных машин и деталей, а также методов их производства, то станут очевидными большие трудности в раздельной количественной оценке влия­ния перечисленных факторов на значение запасов прочности. Поэтому в каждой отрасли машиностроения, основываясь на своем опыте, вырабатывают свои нормы запасов прочности для конкретных деталей. Нормы запасов прочности не являются стабильными. Их периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники.

В инженерной практике встречаются два вида расчета - проектный и проверочный.

Проектный расчет - предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала.

Проверочный расчет - уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.

При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений. Поэтому некоторыми неизвестными параметрами задаются, принимая во внимание опыт и рекомендации, а некоторые второстепенные параметры просто не учитывают. Такой упрощенный расчет необходим для определения тех размеров, без которых невозможна первая чертежная проработка конструкции. В процессе проектирования расчет и чертежную проработку конструкции выполняют параллельно. При этом ряд размеров, необходимых для расчета, конструктор определяет по эскизному чертежу, а проектный расчет приобретает форму проверочного для намеченной конструкции. В поисках лучшего варианта конструкции часто приходится выполнять несколько вариантов расчета. В сложных случаях поисковые расчеты удобно выполнять на ЭВМ. То обстоятельство, что конструктор сам выбирает расчетные схемы, запасы прочности и лишние неизвестные параметры, приводит к неоднозначности инженерных расчетов, а следовательно, и работоспособности конструкций. В каждой конструкции отражаются творческие способности, знание и опыт конструктора. Внедряются наиболее совершенные решения.

Расчетные нагрузки. При расчетах деталей машин различают расчетную и номинальную нагрузку. Расчетную нагрузку, например вращающий момент Т, определяют как произведение номинального момента Т н на динамический коэффициент режима нагрузки К* Т =Т н *К.

Номинальный момент соответствует паспортной (проектной) мощности машины. Коэффициент К учитывает дополнительные динамические нагрузки, связанные в основном с неравномерностью движения, пуском и торможением. Значение этого коэффициента зависит от типа двигателя, привода и рабочей машины. Если режим работы машины, ее упругие характеристики и масса известны, го значение К можно определить расчетом. В других случаях значение К выбирают, ориентируясь на рекомендации. Такие рекомендации составляют на основе экспериментальных исследований и опыта эксплуатации различных машин.

При расчете некоторых механизмов вводят дополнительные коэффициенты нагрузки, учитывающие специфические особенности этих механизмов, см., например, зубчатые передачи, гл. 4.

Выбор материалов для деталей машин является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом. При изложении этого вопроса предполагают, что изучающим известны основные сведения о свойствах машиностроительных материалов и способах их производства из курсов материаловедения, технологии материалов, сопротивления материалов.

Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы: соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, износостойкость и др.); требования к массе и габари­там детали и машины в целом; другие требования, связанные с назна­чением детали и условиями ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т. д.); соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намечаемому способу обработки детали (штампуемость, свариваемость, литейные свойства, обрабатываемость резанием и пр.); стоимость и дефицитность материала.

Черные металлы , подразделяемые на чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется прежде всего их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Основные недостатки черных металлов - большая плотность и слабая коррозионная стойкость.

Цветные металлы - медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие - применяют главным образом в качестве составных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюралюминия и т. д.). Эти металлы значительно дороже черных и используются для выполне­ния особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозинности и др.

Неметаллические материалы - дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика и пластмассы также находят широкое применение.

Пластмассы и композитные материалы - сравнительно новые, но уже хорошо освоенные выпуском, применение кото­рых в машиностроении все более расширяется. Современное развитие химии высокомолекулярных соединений позволяет получить материалы, которые обладают ценными свойствами: легкостью, прочностью, тепло и электроизоляцией, стойкостью против действия агрессивных сред, фрикционностью или антифрикционностью и т. д.

Пластмассы технологичны. Они обладают хорошими литейными свойствами и легко обрабатываются пластическим деформированием при сравнительно невысоких температурах и давлениях. Это позволяет получать из пластмасс изделия почти любой сложной формы высоко­производительными методами: литьем под давлением, штамповкой, вытяжкой или выдуванием. Другим преимуществом пластмасс и композитных материалов является сочетание легкости и высокой прочности. По этому показателю некоторые их виды могут конкурировать с лучшими сортами стали и дюралюминия. Высокая удельная прочность позволяет, использовать данные материалы в конструкциях, уменьшение массы которых имеет особо важное значение.

Основные потребители пластмасс в настоящее время - электрорадиотехническая и химическая промышленность. Здесь из пластмасс изготовляют корпуса, панели, колодки, изоляторы, баки, трубы и другие детали, подвергающиеся действию кислот, щелочей и т. п. В дру­гих отраслях машиностроения пластмассы применяют, главным образом, для производства корпусных деталей, шкивов, вкладышей под­шипников, фрикционных накладок, втулок, маховичков, рукояток…

Технико-экономическая эффективность применения пластмасс и композитных материалов в машиностроении определяется в основном значительным снижением массы машин и повышением их эксплуатационных качеств, а также экономией цветных металлов и сталей. Замена металла пластмассами значительно снижает трудоемкость и себестоимость машиностроительной продукции. При замене черных металлов пластмассами трудоемкость изготовления деталей уменьшается в среднем в 5. . .6 раз, а себестоимость - в 2. . .6 раз. При замене пластмассами цветных металлов себестоимость снижается в 4. . .10 раз.

Порошковые материалы получают методом порошковой метал лургии, сущность которой состоит в изготовлении деталей из порошков металлов путем прессования и последующего спекания в пресс-формах. Применяют порошки однородные или из смеси различных металлов, а также из смеси металлов с неметаллическими материалами, например с графитом. При этом получают материалы с различными механическими и физическими свойствами (например, высокопрочные, износостойкие, антифрикционные и др.).

В машиностроении наибольшее распространение получили детали на основе железного порошка. Детали, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последующей обработке резанием, что весьма эффективно при массовом производстве. В условиях современного массового производства развитию порошковой металлургии уделяется большое влияние.

Использование вероятностных методов расчета.

Основы теории вероятности изучают в специальных разделах математики. В курсе деталей машин вероятностные расчеты используют в двух видах: принимают табличные значения физических величин, подсчитанные с заданной вероятностью (к таким величинам относятся, например, ме­ханические характеристики материалов σ в, σ_ 1 , твердость Н и др., ресурс наработки подшипников качения и пр.); учитывают заданную вероятность отклонения линейных размеров при определении расчетных значений зазоров и натягов, например в расчетах соединений с натягом и зазоров в подшипниках скольжения при режиме жидкостного трения.

Установлено, что отклонения диаметров отверстий D и валов d подчиняются нормальному закону распределения (закону Гаусса). При этом для определения вероятностных зазоров S p и натягов N p получены зависимости:

Sp min - max = ,
,

где верхние и нижние знаки относятся соответственно к мини­мальному и максимальному зазору или натягу, S = 0,5 (S min +S max), N =0.5(Nmin +N max); допуски T D = ES - EJ и T d =es-ei; ES , es -верхние, a EJ , ei -нижние предельные отклонения размеров.

Коэффициент С зависит от принятой вероятности Р обеспечения того, что фактическое значение зазора или натяга располагается в пределах S P min …S P max или N P min … N P max:

P ……….. 0.99 0.99 0.98 0.97 0.95 0.99

C ……… 0.5 0.39 0.34 0.31 0.27 0.21

На рис. представлено графическое изображение параметров формулы для соединения с натягом. Здесь f (D ) и f (d ) плотности
распределения вероятностей случайных величин D и d . Заштрихованы участки кривых, которые не учитывают как маловероятные при расчетах с принятой вероятностью Р.

Применение вероятностных расчетов позволяет существенно повысить допускаемые нагрузки при малой вероятности отказов. В условиях массового производства это дает большой экономический эффект.

Надежность машин .

Приняты следующие показатели надёжности:

Показатели безотказности

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки, отказ не возникнет.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки до отказа невосстанавливаемого изделия.

Средняя наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов – показатель надёжности невосстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказавших в единицу времени объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными.

Параметр потока отказов - показатель надёжности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольную малую его наработку к значению этой наработки (соответствует интенсивности отказов для неремонтируемых изделий, но включает повторные отказы).

Показатели долговечности

Технический ресурс (ресурс) – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния работоспособности. Ресурс выражается е единицах времени работы (обычно в часах), или длины пути пробега (в километрах), или в количестве единиц выпускаемой продукции.

Срок службы – календарная наработка до предельного состояния работоспособности (в годах).

Показатели ремонтопригодности и сохраняемости

Среднее время восстановления до работоспособного состояния.

Вероятность восстановления до работоспособного состояния в заданное время.

Сроки сохраняемости: средний и γ - процентный.

Комплексные показатели (для сложных машин и поточных линий.)

Различают три периода, от которых зависит надежность: проектирования, производства, эксплуатации.

При проектировании закладываются основы надежности. Плохо продуманные, неотработанные конструкции не бывают надежными. Конструктор должен отразить в расчетах, чертежах, технических ус­ловиях и другой технической документации все факторы, обеспечивающие надежность.

При производстве обеспечиваются все средства превышения надёж ности, заложенные конструктором. Отклонения от конструкторской документации нарушают надежность. В целях исключения влияния дефектов производства все изделия необходимо тщательно контролировать.

При эксплуатации реализуется надежность изделия. Такие понятия надежности, как безотказность и долговечность, проявляются только в процессе работы машины и зависят от методов и условий ее эксплуатации, принятой системы ремонта, методов технического обслуживания, режимов работы и пр.

Основные причины, определяющие надежность, содержат элементы случайности. Случайны отклонения от номинальных значений характеристик прочности материала, номинальных размеров деталей и прочих показателей, зависящих от качества производства; случайны отклонения от расчетных режимов эксплуатации и т. д. Поэтому для описания надежности используют теорию вероятности.

Надежность оценивают вероятностью сохранения работоспособно сти в течение заданного срока службы . Утрату работоспособности называют отказом . Если, например, вероятность безотказной работы изделия в течение 1000 ч. равна 0,99, то это значит, что из некоторого большого числа таких изделий, например из 100, один процент или одно изделие потеряет свою работоспособность раньше чем через 1000 ч. Вероятность безотказной работы (или коэффициент надежности) для нашего примера равна отношению числа надежных изделий к числу изделий, подвергавшихся наблюдениям:

P(t) =99/100=0,99.

Значение коэффициента надежности зависит от периода наблюдения t , который включен в обозначение коэффициента. У изношенной машины Р(t ) меньше, чем у новой (за исключением периода обкатки, который рассматривают особо).

Коэффициент надежности сложного изделия выражается произве­дением коэффициентов надежности составляющих элементов:

P (t )= P 1 (t ) P 2 (t )... P n (t ).

Анализируя эту формулу, можно отметить следующее;

- надежность сложной системы всегда меньше надежности самого ненадежного элемента, поэтому важно не допускать в систему ни од ного слабого элемента.

- чем больше элементов имеет система, тем меньше ее надежность. Если, например, система включает 100 элементов с одинаковой надежностью Р п (t) = 0,99, то надежность P(t) = 0,99 100 0,37. Такая система, конечно, не может быть признана работоспособной, так как онабольше простаивает, чем работает. Это позволяет понять, почему проблема надежности стала особенно актуальной в современный период развития техники по пути создания сложных автоматических систем. Известно, что многие такие системы (автоматические линии, ракеты, самолеты, математические машины и др.) включают десятки и сотни тысяч элементов. Если в этих системах не обеспечивается достаточная надежность каждого элемента, то они становятся непригодными или неэффективными.

Изучением надежности занимается самостоятельная отрасль науки и техники.

Ниже излагаются основные пути повышения надежности на стадии проектирования, имеющие общее значение при изучении настоящего курса.

1. Из предыдущего ясно, что разумный подход к получению высокой надежности состоит в проектировании по возможности простых изделий с меньшим числом деталей. Каждой детали должна быть обеспечена достаточно высокая надежность, равная или близкая к надежности остальных деталей.

2. Одним из простейших и эффективных мероприятий по повышению надежности является уменьшение напряженности деталей (повышение запасов прочности). Однако это требование надежности вступает в противоречие с требованиями уменьшения габаритов, массы и стоимости изделий. Для примирения этих противоречивых требований рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию: легированные стали, термическую и химико-термическую обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на поверхность деталей, поверхностное упрочнение путем дробеструйной обработки или накатки роликами и

т. п. Так, например, путем термической обработки можно увеличить нагрузочную способность зубчатых передач в 2 - 4 раза. Хромирование шеек коленчатого вала автомобильных двигателей увеличивает срок службы по износу в 3 - 5 и более раз. Дробеструйный наклеп зубчатых колес, рессор, пружин и прочее повышает срок службы по усталости материала в 2-3 раза.

Эффективной мерой повышения надежности является хорошая система смазки: правильный выбор сорта масла, рациональная система подвода смазки к трущимся поверхностям, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли и грязи) путем размещения изделий в закрытых корпусах, установки эффективных уплотнений и т. п.

Статически определимые системы более надежны. В этих системах меньше проявляется вредное влияние дефектов производства на распределение нагрузки.

Если условия эксплуатации таковы, что возможны случайные перегрузки, то в конструкции следует предусматривать предохрани тельные устройства (предохранительные муфты или реле максимального тока).

Широкое использование стандартных узлов и деталей, а также стандартных элементов конструкций (резьб, галтелей и пр.) повышает надежность. Это связано с тем, что стандарты разрабатывают на основе большого опыта, а стандартные узлы и детали изготовляют на специализированных заводах с автоматизированным производством. При этом повышаются качество и однородность изделий.

7. В некоторых изделиях, преимущественно в электронной аппаратуре, для повышения надежности применяют не последовательное, а параллельное соединение элементов и так называемое резервирование. При параллельном соединении элементов надёжность системы значительно повышается, так как функцию отказавшего элемента принимает на себя параллельный ему или резервный элемент. В машиностроении параллельное соединение элементов и резервирование применяют редко, так как в большинстве случаев они приводят к значительному повышению массы, габаритов и стоимости изделий, Оправданным применением параллельного соединения могут служить самолеты с двумя и четырьмя двигателями. Самолет с четырьмя двигателями не терпит аварии при отказе одного и даже двух двигателей.

8. Для многих машин большое значение имеет ремонтопригодность. Отношение времени простоя в ремонте к рабочему времени является одним из показателей надежности. Конструкция должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра или замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями. В конструкции желательно выделять так называемые ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно сокращает ремонтный простой машины.

Перечисленные факторы позволяют сделать вывод, что надежность является одним из основных показателей качества изделия. По надеж ности изделия можно судить о качестве проектно-конструкторских работ, производства и эксплуатации.

Механизм - искусственно созданная система тел, предназначенная для преобразования движения одного из них или нескольких в требуемые движения других тел. Машина - механизм или сочетание механизмов, которые служат для

ния других тел.

В зависимости от назначения различают:

Энергетические машины- двигатели, компрессоры;

Рабочие машины – технологические, транспортные, информационные.

Все машины состоят из деталей, которые объединены в узлы. Деталь - это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций.

Узел - крупная сборочная единица, имеющая вполне определенное функциональное назначение.

Различают детали и узлы общего и специального назначения.

Детали и узлы общего назначения делят на три основные группы:

Соединительные детали;

Передачи вращательного и поступательного движения;

Детали, обслуживающие передачи.

Создание машин и их звеньев из различных деталей вызывает необхо димость соединения последних между собой. Этой цели служит целая группа

соединительных деталей (соединения), которые, в свою очередь, делятся на:

Неразъемные - заклепочные, сварные, клеевые; с натягом;

Разъемные – резьбовые; шпоночные; шлицевые.

Любая машина состоит из двигательного, передаточного и исполни тельного механизмов. Наиболее общими для всех машин являются передаточ-

ные механизмы. Передачу энергии удобнее всего производить при вращательном движении. Для передачи энергии во вращательном движении служат

передачи, валы и муфты.

Передачи вращательного движения являются механизмами, предназна ченными передавать энергию с одного вала на другой, как правило, с преоб-

разованием (уменьшением или увеличением) угловых скоростей и соответствующим изменением крутящих моментов.

Передачи подразделяют на передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные) и трением (ременные, фрикционные).

Вращательные детали передачи - зубчатые колеса, шкивы, звездочки устанавливают на валах и осях. Валы служат для передачи крутящего момен-

та вдоль своей оси и для поддержания указанных выше деталей. Для поддержания вращающихся деталей без передачи крутящего момента служат оси.

Валы соединяют с помощью муфт. Различают муфты постоянные и сцепны

Валы и оси вращаются в подшипниках. В зависимости от вида трения их подразделяют на подшипники качения и скольжения.

В большинстве машин необходимо использовать упругие элементы - пружины и рессоры, назначение которых аккумулировать энергию или

предотвращать вибрации.

Для повышения равномерности хода, уравновешивания деталей машин и накопления энергии в целях повышения силы удара применяют маховики,

маятники, бабы, копры.

Долговечность машин в значительной степени определяется устройствами для защиты от загрязнений и для смазки.

Важную группу составляют детали и механизмы управления. Кроме того, весьма значительные группы составляют специфические

Для энергетических машин - цилиндры, поршни, клапаны, лопатки и диски турбин, роторы, статоры и другие;

Для транспортных машин - колеса, гусеницы, рельсы, крюки, ковши и другие.

2 . Основы проектирования механизмов. Проектированием называется процесс разработки технической документации, содержащей технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для производства машины. По типу изображения объекта различают чертежное и объемное проектирование; последнее включает выполнение макета или модели объекта. Для деталей машин характерен чертежный метод проектирования. Совокупность конструкторских документов, полученных в результате проектирования, называется проектом.

Чтобы избавить конструктора от выполнения трудоемких расчетов, многофакторного анализа и большого объема графических работ используют ЭВМ. При этом конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объем информации и делает первичный отбор. Для такого общения человека с машиной создаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые способствуют повышению технико-экономического уровня проектируемых объектов, сокращению сроков, уменьшению стоимости и трудоемкости проектирования.Стадии разработки конструкторской документации и этапы работ установлены стандартом, который обобщает опыт, накопленный в передовых странах по проектированию механизмов и машин.

Первая стадия – разработка технического задания - документа содержащего наименование, основное назначение и технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые заказчиком к разрабатываемому изделию.

Вторая стадия – разработка технического предложения - совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания, сравнительной оценки возможных решений с учетом достижений науки и техники в стране и за рубежом, а также патентных материалов. Техническое предложение утверждается заказчиком и генеральным подрядчиком.Третья стадия – разработка эскизного проекта - совокупность конструктор-ских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения и разработки общих видов чертежей, дающих общие представления об устройстве и принципе работы разрабатываемых изделии, его основных параметрах и габаритных размерах.Четвертая стадия - разработка технического проекта - совокупность конст-рукторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающих полное представление об устройстве изделия. Чертежи проекта состоят из общих видов и сборочных чертежей узлов, полученных с учетом достижений науки и техники. На этой стадии рассматриваются вопросы надежности узлов, соответствие требованиям техники безопасности, условиям транспортирования и др.Пятая стадия - разработка рабочей документации - совокупности документов, содержащих чертежи общих видов, узлов и деталей, оформленных так, что по ним можно изготавливать изделия и контролировать их производство и эксплуатацию (спе-цификации, технические условия на изготовление, сборку, испытание изделия и др.). На этой стадии разрабатываются конструкции деталей, оптимальные по показателям надежности, технологичности и экономичности.В соответствии с разработанной в процессе проектирования рабочей документа-ции в дальнейшем создается технологическая документация, которая определяет тех-нологию изготовления изделия.Рабочие, технологические, а также нормативно-технические документы (послед-ние включают стандарты всех категорий, руководящие технические материалы, общие технические требования и т. п.) в совокупности составляют техническую документацию, необходимую для организации и осуществления производства, испытаний, эксплуатации и ремонта предмета производства (изделия).Условия работы деталей машин бывают весьма разнообразными и трудно под-дающимися точному учету, поэтому расчеты деталей машин часто выполняют по при-ближенным, а иногда, эмпирическим формулам, полученными в результате обобщения накопленного опыта проектирования, испытаний и эксплуатации деталей и узлов машин. В процессе проектирования деталей машин встречаются два вида расчетов, а именно: проектный расчет, при котором обычно определяются основные размеры деталей или узла, проверочный расчет, когда для созданной конструкции определяется, например, значение напряжений в опасных сечениях, тепловой режим работы, долговечность и другие необходимые параметры.

3. Основные требования, предъявляемые к деталям машин на стадии проектирования. Детали машин должны отвечать следующим требованиям, определяющим совершенство конструкции детали: -работоспособность -надёжность -экономичность I. Работоспособность - это способность детали выполнять заданныефункции. Обычно выделяют пять основных критериев работоспособности. -Прочность – это способность детали воспринимать нагрузки не разрушаясь.

-Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузки (не подвергаясь остаточной деформации).-Износостойкость – способность детали противостоять изменению геометрических размеров вследствие износа (истирания). -Теплостойкость – это способность детали сохранять работоспособность в заданных температурных режимах без снижения эксплуатационных характеристик. -Вибростойкость – способность детали выполнять заданные функции без недопустимых резонансных колебаний.

Если деталь удовлетворяет всем перечисленным критериям работоспособности, то далее необходимо проверить выполнение следующего требования, предъявляемого к ее конструкции - надежность . II. Надежность - это способность конструкции выполнять заданные функции в течение заданного времени или заданной наработки, сохраняя эксплуатационные показатели в нормативных пределах. Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетания: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости . Для повышения надежности системы используют несколько приемов. а)-применение более коротких кинематических цепей (меньшего числа изделий); б)-применение дублирующих (параллельных) систем, т.е. в цепь добавляется параллельная система, которая включится при отказе штатной системы. III. Экономичность - комплекс мероприятий, направленных на создание работоспособных надежных конструкций при минимальных затратах. 4. Основные критерии работоспособности

Цель расчета деталей машин – определение материала и геометрических размеров деталей. Расчет производится по одному или нескольким критериям. Прочность – главный критерий – способность детали сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Следует различать прочность материала и прочность детали. Для повышения прочности надо использовать правильный выбор материала и рациональный выбор формы детали. Увеличение размеров – очевидный, но нежелательный путь. Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузок. Износостойкость – способность детали сопротивляться истиранию по поверхности силового контакта с другими деталями. Повышенный износ приводит к изменению формы детали, физико-механических свойств поверхностного слоя. Меры по предупреждению износа: а) правильный подбор пар трения; б) снижение температуры узла трения; в) обеспечение хорошей смазки; г) предотвращение попадания частиц износа в зону контакта. Теплостойкость – способность детали сохранять свои расчетные параметры (геометрические размеры и прочностные характеристики) в условиях повышенных температур. Заметное снижение прочности наступает для черных металлов при t = 350-4000, для цветных – 100-1500. При длительном воздействии нагрузки в условиях повышенных температур наблюдается явление ползучести- непрерывная пластическая деформация при постоянной нагрузке. Для увеличения теплостойкости используют: а) материалы с малым коэффициентом линейного расширения; б) специальные жаропрочные стали. Виброустойчивость – способность детали работать в заданном режиме движения без недопустимых колебаний. Надежность – способность детали безусловно работать в течение заданного срока службы. Кн= 1-Q (1.1.1), где Кн – коэффициент надежности – вероятность безотказной работы машины, Q – вероятность отказа детали. Если машина состоит из n деталей, то Кн = 1- nQ , то есть меньше единицы, чем меньше деталей в машине, тем она более надежная.

5.Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

По соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

По взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными , пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называютшестерней , с большим числом зубьев – колесом .

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 2.6). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называютдифференциальной .

Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача (рис. 2.10) состоит из так называемого архимедова червяка , т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40°), и червячного колеса.

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером.

Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b .

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами .

Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения F т р была больше окружной силы F t , определяющей заданный вращающий момент:

F t < F т р . (2.42)

Сила трения

F т р = F n f ,

где F n – сила прижатия катков;

f – коэффициент трения.

Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков.

В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 2.15, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.

В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.

К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.

Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Механизмы, в которые входят жесткие звенья, соединенные между собой кинематическими парами пятого класса, называют рычажными механизмами .

В кинематических парах таких механизмов давление и интенсивность изнашивания звеньев меньше, чем в высших кинематических парах.

Среди разнообразных рычажных механизмов наиболее распространенными являются плоские четырехзвенные механизмы . Они могут иметь четыре шарнира (шарнирные четырехзвенники), три шарнира и одну поступательную пару или два шарнира и две поступательные пары. Их используют для воспроизведения заданной траектории выходных звеньев механизмов, преобразования движения, передачи движения с переменным передаточным отношением.

Под передаточным отношением рычажного механизма понимают отношение угловых скоростей основных звеньев, если они совершают вращательные движения, или отношение линейных скоростей центра пальца кривошипа и выходного звена, если оно совершает поступательное движение.

6. Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци­линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вра­щающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяже­ния (сжатия).

Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.

Вал 1 (рис.1) имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют ши­пами 3, а промежуточные - шейками 4.

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания ус­ тановленных на ней деталей.

В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

Не следует путать понятия "ось колеса", это деталь и "ось вращения", это геометрическая линия центров вращения.

Формы валов и осей весьма многообразны от простейших цилиндров до сложных коленчатых конструкций. Известны конструкции гибких валов, которые предложил шведский инженер Карл де Лаваль ещё в 1889 г.

Форма вала определяется распределением изгибающих и крутящих моментов по его длине. Правильно спроектированный вал представляет собой балку равного сопротивления. Валы и оси вращаются, а следовательно, испытывают знакопеременные нагрузки, напряжения и деформации (рис.3). Поэтому поломки валов и осей имеют усталостный характер.

Расчет осей и валов на жесткость

Валы и оси, рассчитанные на статическую или усталостную проч­ность, не всегда обеспечивают нормальную работу машин. Под действием на­грузок F (рис. 12) валы и оси в процессе работы деформируются и полу­чают линейные прогибы f и угловые перемещения, что, в свою очередь,ухудшает работоспособность отдельных узлов машин. Так, например, зна­чительный прогиб f 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. От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация нагрузки по длине зуба. При больших углах поворота в подшипнике может произойти защемление вала. В металлорежущих станках перемещения валов (в особенности шпинделей) снижают точность обработки и качество поверхности деталей. В делительных и отсчетных механизмах упругие перемещения снижают точность измерений и т. д.

Для обеспечения требуемой жесткости вала или оси необходимо произвести расчет на изгибную или крутильную жесткость.

Расчет валов и осей на изгибную жесткость.

Параметрами, харак­теризующими изгибную жесткость валов и осей, являются прогиб вала f и угол наклона , а также угол закручивания

Условие для обеспечения в процессе эксплуатации требуемой жестко­сти на изгиб:

где f - действительный прогиб вала (оси), определяемый по формуле (сначала определяется максималь­ный прогиб в плоскости (Y)- f y , затем в плоскости (Z) - f z , после чего эти прогибы векторно суммируются); [ f ] - допускаемый прогиб (табл. 3); и- действительный и допускаемый углы наклона (табл. 3).

Расчет валов и осей на крутильную жесткость.

Максимальный угол закручивания определяется также по формулам курса "Сопротивление материалов".

Допускаемый угол закрутки в градусах на метр длины можно принимать равным:

Допускаемые упругие перемещения зависят от конкретных требований к конструкции и определяются в каждом отдельном случае. Так, например, для валов зубчатых цилиндрических передач допустимая стрела прогиба под колесом , гдет – модуль зацепления.

Малое значение допускаемых перемещений иногда приводит к тому, что размеры вала определяет не прочность, а жесткость. Тогда нецелесообразно изготовлять вал из дорогих высокопрочных сталей.

Перемещения при изгибе целесообразно определять, используя интеграл Мора или способ Верещагина (см. курс «Сопротивление материалов»).

7. Подшипники Подшипники применяемые в опорах машин и механизмов, делятся на два типа: скольжения и качения . В опорах с подшипниками скольжения взаимно подвижные рабочие поверхности вала и подшипника разделены только смазочным веществом, и вращение вала или корпуса подшипника происходит в условиях чистого скольжения. В опорах с подшипниками качения между взаимно подвижными кольцами подшипника находятся шарики или ролики, и вращение вала или корпуса происходит в основном в условиях качения. Подшипники качения, как и подшипники скольжения, в определенных условиях могут в различной степени удовлетворять требованиям, связанным с назначением механизма, условиям его монтажа и эксплуатации.Подшипники качения при одинаковой грузоподъемности имеют по сравнению с подшипниками скольжения преимущество вследствие меньшего трения в момент пуска и при умеренных частотах вращения, меньших осевых габаритов (примерно в 2-3 раза), относительно простоты обслуживания и подачи смазки, низкой стоимости (особенно при массововм производствеподшипников качения малых и средних габаритов), малые амплитуды колебания сопротивления вращению в процессе работы механизма. Кроме того, при использованиии подшипников качения в значительно большей степени удовлетворяется требование взаимозаменяемости и унификации элементов узла: при выходе его из строя замена подшипника не представляет сложности, поскольку габариты и допуски на размеры посадочных мест строго стандартизированы, в то время как при износе подшипников скольжения приходится восстанавливать рабочую поверхность шейки вала, менять или вновь заливать антифрикационным сплавом вкладыш подшипника , подгонять его под требуемые размеры, выдерживая в заданных пределах рабочий зазор между поверхностями вала и подшипника . Недостатки подшипников качения заключаются в относительно больших радиальных габаритах и большем сопротивлении вращения по сравнению с подшипниками скольжения, работающими в условиях жидкостной смазки, когда поверхности шейки вала и вкладыша полностью разделены тонкими слоем смазывающей жидкости. На скоростные характеристики подшипников качения влияет трение скольжения, существующее между сепаратором, отделяющим тела качения один от другого, и рабочими элементамиподшипника . Поэтому при создании высокоскоростных машин иногда приходится прибегать к установке подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостной смазки, несмотря на занчительные трудности в их эксплуатации. Кроме того, в ряде случае подшипники качения обладают меньшей жесткостью, так как могут вызвать вибрацию вала вследствие ритмичного прокатывания тел качения через нагруженную зону опоры. К недостатку опор на подшипниках качения можно отнести и более сложный монтаж их по сравнению с опорами на подшипниках скольжения разъемного типа. Конструкция подшипника качения: 1-наружное кольцо, 2-внутреннее кольцо, 3-шарик, 4-сепаратор.

Подшипник скольжения-это разновидность подшипников в котором трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. В зависимости от смазки подшипники скольжения бывают гидродинамические, газодинамические и т.д. Область применения подшипников скольжения-двигатели внутреннего сгорания, генераторы и т.д.

Фиксированный подшипник

Такой подшипник воспринимает радиальную и осевую нагрузку одновременно в двух направлениях. Он имеет осевую опору на валу и в корпусе. Для этого применяют радиальные шарикоподшипники, сферические роликоподшипники и двурядные или спаренные радиально-упорные шарикоподшипники и конические роликоподшипники.

Цилиндрические роликоподшипники с одним безбортовым кольцом можно использовать в фиксированной опоре в паре с другим, упорным подшипником, воспринимающим осевые нагрузки. Упорный подшипник устанавливается в корпусе с радиальным зазором.

Плавающий подшипник

Плавающий подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и допускает возможность относительного осевого перемещения вала и корпуса. осевое перемещение осуществляется либо в самом подшипнике (цилиндрические роликоподшипники), либо в посадке с зазором кольца подшипника и сопряженной детали.

8. Уплотнительное устройство - устройство или способ предотвращения или уменьшения утечки жидкости, газа путём создания преграды в местах соединения между деталями машин (механизма) состоящее из одной детали и более. Существуют две большие группы: неподвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные) иподвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные, комбинированные).

Неподвижные уплотнительные устройства:

• герметик (вещество с высокой адгезией к соединяемым деталям и нерастворимое в запорной среде);

  прокладки из различных материалов и различной конфигурации;

  кольца круглого сечения из эластичного материала ;

  уплотнительные шайбы;

• применение конусной резьбы;

  контактное уплотнение.

Подвижные уплотнительные устройства (позволяют совершать различные движения, такие как: осевое перемещение, вращение (в одном или двух направлениях) или сложное движение):

• канавочные уплотнения;

  лабиринты;

  кольца круглого сечения из эластичного материала;

  войлочные кольца;

  маслоотражательные устройства;

  манжеты различной конфигурации;

  лепестковое уплотнение;

  шевронные многорядные уплотнения;

  сальниковые устройства;

  сильфонные уплотнения;

  торцевые механические уплотнения;

  торцевые газовые уплотнения.

9 . Разъемными называют соединения , разборка которых проис­ходит без нарушения целостности составных частей изделия. Разъемные соединения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Наиболее распространенными в машиностроении видами разъемных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные. Резьбовым называют соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу. Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Основ­ные определения, относящиеся к резьбам общего назначения, стандар­тизованы. Резьбовые соединения являются самым распространенным видом соединений вообще и разъемных в частности. В современных машинах детали, имеющие резьбу, составляют свыше 60 % от общего количества деталей. Широкое применение резьбовых соединений в машинострое­нии объясняется их достоинствами: универсальностью, высокой надежностью, малыми габаритами и весом крепежных резьбовых дета­лей, способностью создавать и воспринимать большие осевые силы, тех­нологичностью и возможностью точного изготовления.

Шпилечное соединение состоит из шпильки, шайбы, гайки и соединяемых деталей. Соединение деталей шпилькой применяется тогда, когда нет места для головки болта или когда одна из соединяемых деталей имеет значительную толщину. В этом случае экономически нецелесообразно сверлить глубокое отверстие и ставить болт большой длины. Соединение шпилькой уменьшает массу конструкций. Одна из соединяемых шпилькой деталей имеет углубление с резьбой - гнездо под шпильку, которая ввинчивается в него концом l1 (см. рис. 2.2.24). Остальные соединяемые детали имеют сквозные отверстия диаметром d0 = (1,05...1,10)d, где d-диаметр резьбы шпильки. Гнездо сначала высверливается на глубину l2, которая на 0,5d больше ввинчиваемого конца шпильки, а затем в гнезде нарезается резьба. На входе в гнездо выполняется фаска с = 0,15d (рис. 2.2.29, а). При ввинченной в гнездо шпильке соединение деталей дальше осуществляется как в случае болтового соединения.Винтовые (ходовые) соединения относятся к подвижным разъемным соединениям. В этих соединениях одна деталь перемещается относительно другой детали по резьбе. Обычно в этих соединениях применяются резьбы трапецеидальная, упорная, прямоугольная и квадратная. Чертежи винтовых соединений выполняются по общим правилам.Зубчатое (шлицевое) соединение представляет собой многошпоночное соединение, в котором шпонка выполнена заодно с валом и расположена параллельно его оси. Зубчатые соединения, как и шпоночные, используются для передачи крутящего момента, а также в конструкциях, требующих перемещения деталей вдоль оси вала, например в коробках скоростей. Соединение шпоночное состоит из вала, колеса и шпонки. Шпонка (рис. 2.2.36) представляет собой деталь призматической (шпонки призматические или клиновые) или сегментной (шпонки сегментные) формы, размеры которой определены стандартом. Шпонки примСоединение штифтами (рис. 2.2.38) - цилиндрическими или коническими - используется для точной взаимной фиксации скрепляемых деталей. Цилиндрические штифты обеспечивают неоднократную сборку и разборку деталей.Шплинты применяют для ограничения осевого перемещения деталей (рис. 2.2.39) стопорения корончатых гаек.Клиновые соединения (рис. 2.2.40) обеспечивают легкую разборку соединяемых деталей. Грани клиньев имеют уклон от 1/5 до1/40.

10. Неразъемные соединения получили широкое распространение в машиностроении. К ним относятся соединения сварные, заклепочные, паяные, клеевые. Сюда относятся также соединения, полученные оп-рессовкой, заливкой, развальцовкой (или завальцовкой), кернением, сшиванием, посадкой с натягом и др.

Сварные соединения получают с помощью сварки. Сваркой называют процесс получения неразъемного соединения твердых предметов, состоящих из металлов, пластмасс или других материалов, путем местного их нагревания до расплавленного или пластического состояния без применения или с применением механических усилий.

Сварным соединением называется совокупность изделий, соединенных с помощью сварки.

Сварным швом называется затвердевший после расплавления материал. Металлический сварной шов отличается по своей структуре от структуры металла свариваемых металлических деталей.

По способу взаимного расположения свариваемых деталей различают соединения стыковые (рис. 242, а), угловые (рис. 242, б), тавровые (рис. 242, в) и внахлестку (рис. 242, г). Вид соединения определяет вид сварного шва. Сварные швы подразделяются на: стыковые, угловые (для угловых, тавровых соединений и соединений внахлестку), точечные (для соединений внахлестку, сваркой точками).

По своей протяженности сварные швы могут быть: непрерывными по замкнутому контуру (рис. 243, а) и по незамкнутому контуру (рис. 243, б) и прерывистыми (рис. 243, в). Прерывистые швы имеют равные по длине проваренные участки с равными промежутками между ними. При двусторонней сварке, если заваренные участки расположены друг против друга, такой шов называется цепным (рис. 244, а), если же участки чередуются, то шов называется шахматным (рис. 244, б).

Клепаные соединения применяются в конструкциях, подверженных действию высокой температуры, коррозии, вибрации, а также в соединениях из плохо сваривающихся металлов или в соединениях металлов с неметаллическими частями. Такие соединения нашли широкое применение в котлах, железнодорожных мостах, некоторых авиационных конструкциях и в отраслях легкой промышленности.

В то же время в ряде отраслей промышленности с усовершенствованием технологии сварного производства объем применения заклепочных соединений постепенно сокращается.

Основным скрепляющим элементом заклепочных соединений является заклепка. Она представляет собой короткий цилиндрический стержень круглого сечения, на одном конце которого находится головка (рис. 249). Головки заклепок могут иметь сферическую, кониче-

скую или коническо-сферическую форму. В зависимости от этого различают головки полукруглые (рис. 249, а), потайные (рис. 249, б), полупотайные (рис. 249, в), плоские (рис. 249, г).

На сборочных чертежах головки заклепок изображают не по их действительным размерам, а по относительным размерам, в зависимости от диаметра стержня заклепки d.

Технология выполнения заклепочного соединения следующая. В соединяемых деталях выполняют отверстия сверлением или другим способом. В сквозное отверстие соединяемых деталей вставляют до упора головной стержень заклепки. Причем заклепка может быть в горячем или холодном виде. Свободный конец заклепки выходит за пределы детали примерно на 1,5d. Его заклепывают ударами или сильным давлением и создают вторую головку

Соединения деталей пайкой находят широкое применение в приборостроении, электротехнике. При впайке соединяемые детали нагреваются до температуры, не приводящей к их расплавлению. Зазор между соединяемыми деталями заполняется расплавленным припоем. Припой имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые пайкой материалы. Для пайки используют мягкие припои ПОС - оловянно-свинцовые по ГОСТ 21930-76 и ГОСТ 21931-76 и твердые припои Пер - серебряные по ГОСТ 19738-74.

Припой на видах и разрезах изображают сплошной линией толщиной 2S. Для обозначения пайки используют условный знак (рис. 252, а)- дуга выпуклостью к стрелке, который чертят на линии-выноске, указывающей паяный шов. Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью. Номер швов указывают на линии-выноске (рис. 252, б).

Марка припоя записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе «Материалы» (см. § 101).

Клеевые соединения позволяют соединять разнообразные материалы. Клеевой шов, как и паяный, согласно изображается сплошной линией толщиной 25. На линии-выноске чертят условный знак (рис. 253, а), напоминающий букву К. Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью (рис. 253, б). Марка клея записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе «Материалы».

Опрессовка (армирование) защищает соединяемые элементы от коррозии и химического воздействия вредной среды, выполняет изолирующие функции, позволяет уменьшить массу изделия (рис. 254), экономить материалы.

Вальцовка и кернение осуществляется деформацией соединяемых деталей (рис. 255, а, б). Сшивание нитками, металлическими скобками применяется для соединения бумажных листов, картона, различных тканей.

ГОСТ 2.313-82 устанавливают условные обозначения и изображения швов неразъемных соединений, получаемых пайкой, склеиванием, сшиванием.

Соединение деталей путем посадки с натягом обеспечивается системой допусков и посадок определенным температурным режимом перед сваркой деталей.

11. Упругими элементами (УЭ) - пружинами - называют детали, упругие деформации которых полезно используются в работе различных механизмов и устройств приборов, аппаратов, информационных машин. По конфигурации, конструктивным и расчетным схемам УЭ разделяют на два класса - стержневые пружины и оболочки. Стержневые - это плоские пружины, спиральные и винтовые (рис. 4.1, а). Использование той или иной конструктивной схемы связано с конструкцией механизма, в котором применяют пружину. Расчет и конструирование стержневых пружин хорошо разработаны и обычно не представляют затруднений для конструктора. Оболочки - это плоские и гофрированные мембраны, гофрированные трубки - сильфоны и трубчатые пружины (рис. 4.1,6). Хотя определение эксплуатационных характеристик этих УЭ значительно сложнее, разработаны методы расчета, в том числе с помощью ЭВМ, позволяющие получать результаты с точностью, достаточной для практических нужд. По назначению УЭ делят на следующие группы. Измерительные пружины (преобразователи), широко применяемые в электроизмерительных приборах, манометрах, динамометрах, термометрах и других измерительных приборах. Основное требование к эксплуатационным свойствам измерительных пружин - стабильность зависимости деформации от приложенного усилия. Натяжные пружины, обеспечивающие силовой контакт между деталями (они, например, прижимают толкатель к кулачку, собачку к храповому колесу и пр.). Основное требование к этим пружинам - усилие прижатия должно быть постоянным или изменяться в допустимых пределах. Заводные пружины (пружинные двигатели), широко распространенные в автономных приборах с ограниченными габаритами и массой (часы, лентопротяжные механизмы). Основное требование к свойствам - способность запасать необходимую для работы прибора энергию упругих деформаций (см. гл. 15). Пружины кинематических устройств - передаточные пружины, упругие опоры. Эти пружины должны быть гибкими и достаточно прочными. Пружины амортизаторов выполняют различных конструктивных форм. Пружины должны выдерживать переменные нагрузки, удары, большие перемещения. Нередко конструкция создается такой, чтобы при деформации пружины происходили потери (рассеивание) энергии. Разделители сред, обеспечивающие возможность передачи усилий или перемещений из одной изолированной полости в другую (разные среды, разные давления сред). Должны обеспечивать возможность больших перемещений при незначительном сопротивлении этим перемещениям и достаточной прочности. По конструктивным формам это оболочки (сильфоны, мембраны и т. п.). Токоведущие упругие элементы - тонкие винтовые или спиральные пружины или натянутая нить. Часто функцию токоподвода совмещают с функцией измерительной пружины.,Основные требования к эксплуатационным свойствам: малое электрическое сопротивление, высокая податливость. Пружины фрикционных и храповых муфт - винтовые пружины кручения (редко спиральные), которые с натягом надеваются на валы (иногда внутрь втулки) и позволяют сцеплять валы (или вал и надетую на него втулку) или расцеплять их в зависимости от направления взаимного вращения. Важное требование к материалу этих пружин - высокая износостойкость. Эксплуатационные свойства упругих элементов отражаются в первую очередь в их упругой характеристике - зависимости деформации от нагрузки (силой, моментом). Характеристика может быть выражена в аналитической форме или в виде графика. Она может быть линейной (рис. 4.2, а) - наиболее предпочтительна, но может быть и нелинейной, возрастающей, затухающей (рис. 4.2, б). Характеристика ограничивается предельной нагрузкой Fпр и соответствующим ей предельным перемещением λпр (ход, осадка и т. д.), при которой становятся заметными остаточные деформации или выше которой пружина разрушается. Fmах и λтах - максимальная сила и перемещение, которые испытывает пружина при эксплуатации. Сила Ртах не должна превышать допускаемых значений, поэтому Fmах = [F]; λтах = [λ].

Муфта (от нем. Muffe или голл. mouwtje) в технике, устройства для постоянного или временного соединения валов, труб, стальных канатов, кабелей и т. п.

Муфта передаёт механическую энергию без изменения её величины и направления.

Примеры муфт

Муфты соединительные

Муфты приводов машин и механизмов

Муфты соединительные, которые в зависимости от выполняемой функции обеспечивают прочность соединения, герметичность, защищают от коррозии и т. п.

Муфты приводов машин и механизмов, которые передают вращательное движение и вращающий момент с одного вала на другой вал, обычно соосно расположенный с первым, или с вала на свободно сидящую на нём деталь (шкив, зубчатое колесо и т. п.) без изменения вращающего момента.

Функции муфт

Компенсация небольших монтажных отклонений,

Разъединение валов,

Автоматическое управление,

Бесступенчатое регулирование передаточного отношения,

Предохранение машин от поломок в аварийном режиме и т. д.

Муфты применяют для передачи как ничтожно малых, так и значительных моментов и мощностей (до нескольких тыс. квт). Различные способы передачи вращающего момента, разнообразие функций, выполняемых муфтой, обусловили большой типаж конструкций современных муфт.

Передача момента в муфте может осуществляться механической связью между деталями, выполняемой в виде неподвижных соединений или кинематических пар (Муфта с геометрическим замыканием); за счёт сил трения или магнитного притяжения (Муфта с силовым замыканием); сил инерции или индукционным взаимодействием электромагнитных полей (Муфта с динамическим замыканием).

Введение

Цели и задачи курса «Детали машин», его связь с другими предметами

0.1. Курс «Детали машин» является заключительным разделом дисцип­лины «Техническая механика», изучаемого в средних специальных учебных заведениях. Курс «Детали машин» является связующим звеном между обще­техническими и специальными дисциплинами. В пределах, предусмотрен­ных учебным планом и программой, в этом курсе изучаются основы расчета на прочность и жесткость деталей машин общего назначения, выбор мате­риалов, конструирование деталей с учетом технологии изготовления и экс­плуатации машин. Теоретические знания закрепляются курсовым проектом.

На каких предметах базируется курс «Детали машин»?

0.2. В предлагаемом учебном пособии рассмотрены теоретические ос­новы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц (узлов) об­щего назначения. Изучаемые детали и узлы общего назначения делятся на три основные группы:

Детали соединений (болты, шпильки, винты и др.);

Механические передачи (зубчатые, червячные, винт-гайки, цепные, ременные, фрикционные и др.);

Детали иузлы передач (валы, подшипники, муфты и др.).

Детали и узлы, которые встречаются только в специальных типах ма­шин, называют деталями и узлами специального назначения (клапаны, поршни, шатуны, шпиндели станков и т. п.); их изучают в специальных кур­сах («Двигатели внутреннего сгорания», «Металлорежущие станки» и т. д.).

С учетом ранее изученных общетехнических дисциплин дайте определе­ние, что такое деталь.

0.3. Машина - механическое устройство, предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства или транс­портирования или же с процессом преобразования энергии, или информации.

Машину собирают из механизмов, деталей и узлов. Из ответа на вопрос, поставленный в шаге 0.2 (см. стр. 17), Вы знаете, что называется деталью.

Механизмом называется система подвижно соединенных тел, предна­значенная для преобразования движения одного или нескольких тел в це­лесообразные движения других тел (например, кривошипно-ползунный механизм, механические передачи и т. п.).

Узел - сборочная единица, которую можно собирать отдельно от изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначе-ния только совместно с другими составными частями изделия (муфты, подшипники качения и др.).

По характеру рабочего процесса и назначению машины можно разде­лить на три класса:

I класс - машины-двигатели, преобразующие тот или иной вид энергии в механическую работу (двигатели внутреннего сгорания, турбины и др.);

II класс - машины-преобразователи (генераторы), преобразующие ме­ханическую энергию (полученную от машины-двигателя) в другой вид энергий (например, электрические машины - генераторы тока);

III класс - машины-орудия (рабочие машины), использующие механи­ческую энергию, получаемую от машины-двигателя, для выполнения тех­нологического процесса, связанного с изменением свойств, состояния и формы обрабатываемого объекта (металлообрабатывающие станки, сель­скохозяйственные машины и др.), а также машины, предназначенные для выполнения транспортных операций (конвейеры, подъемные краны, насо­сы и т. д.). К этому же классу можно отнести машины, частично заменяю­щие интеллектуальную деятельность человека (например, ЭВМ).

По характеру рабочего процесса и назначению, к какому классу можно отнести такие машины, как компрессор, электродвигатель, пресс?

Основные направления в развитии машиностроения. Требования, предъявляемые к проектируемым машинам, узлам и деталям

При проектировании новых и модернизации старых машин, узлов и де­талей необходимо учитывать новейшие достижения в области науки и тех­ники.

0.4 . Требования, предъявляемые к проектируемым машинам:

Увеличение мощности при тех же габаритных размерах;

Повышение скорости и производительности;

Повышение коэффициента полезного действия (КПД);

Автоматизация работы машин;

Использование стандартных деталей и типовых узлов;

Минимальная масса и низкая стоимость изготовления. Примеры реализации требований шага 0.4 в машиностроении.

1. Мощность одного электрогенератора Волховской электростанции, построенной в 1927 г., составляет 8000 кВт, Красноярской (1967 г.) - 508 000 кВт, т. е. увеличение мощности в 63 раза.

2. Сравните скорость самолетов сороковых годов со скоростью совре­менного сверхзвукового лайнера.

3. На железнодорожном транспорте паровозы, имевшие низкий КПД, заменены тепловозами и электровозами, КПД которых во много раз выше.

4. Комплексная автоматизация становится основой организации всех отраслей народного хозяйства. Созданы заводы-автоматы по изготовлению подшипников качения; контроль технологических процессов и управление производством механизируются и автоматизируются.

5. Любая машина (механизм) состоят из стандартных деталей и узлов (болтов, винтов, муфт и т. д.), что упрошает и удешевляет изготовление.

0.5. Основными требованиями, которым должны удовлетворять детали и узлы машин, являются:

Прочность (подробно см. шаг 0.6);

Износостойкость (см. шаг 0.8);

Жесткость (см. шаг 0.7);

Теплостойкость (см. шаг 0.9);

Виброустойчивость (см. шаг 0.10).

Дополнительные требования:

Коррозионная стойкость. Для предохранения от коррозии детали из­готовляют из коррозионно-стойкой стали, цветных металлов и спла­вов на их основе, биметаллов - металлических материалов, состоя­щих из двух слоев (например, из стали и цветного металла), а также применяют различные покрытия (анодирование, никелирование, хромирование, лужение, эмалирование и покрытие красками);

Снижение массы деталей. В самолетостроении и некоторых других отраслях промышленности выполнение этого требования является одной из главных расчетно-конструкторских задач;

Использование недефицитных и дешевых материалов. Это условие должно быть предметом особого внимания во всех случаях при про­ектировании деталей машин. Необходимо экономить цветные метал­лы и сплавы на их основе;

Простота изготовления и технологичность деталей и узлов должны быть предметом всемерного внимания;

Удобство эксплуатации. При проектировании необходимо стремить­ся, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройст­ва должны работать безотказно, а уплотнения - не пропускать мас­ла. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала;

Транспортабельность машин, узлов и деталей, т. е. возможность и удобство, их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их под­нимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготов­ления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собира­ют в одно целое;

Стандартизация имеет большое экономическое значение, так как обеспечивает высокое качество продукции, взаимозаменяемость де­талей и позволяет вести сборку в условиях серийного производства;

Красота форм. Оформление узлов и деталей, определяющих внешние очертания машины, должно быть красивым и отвечать требованиям художественного конструирования (дизайн). Формы наружных дета­лей для создания привлекательного их вида разрабатывают с участи­ем дизайнеров. Специально подбираются цвета для окраски;

Экономичность конструкции определяется широким использованием стандартных и унифицированных деталей и узлов, продуманным вы­бором материалов, проектированием деталей с учетом технологиче­ских возможностей изготовляющего их предприятия.

Перечислите требования, предъявляемые при проектировании деталей и узлов машин {запишите в конспект).

Уточните последовательность проверочного расчета.

Контрольная карточка 0.1

Вопрос	Ответ	Код
Укажите детали машин общего назначения	Ротор Поршень Патрон токарного станка Клапан Детали общего назначения не пере­числены
Из перечисленных деталей назовите детали, ко­торые относятся к группе детали-соединения	Муфты Шпонки Заклепки Подшипники Валы
Перечислите основные критерии работоспособ­ности деталей общего назначения	Прочность Жесткость Долговечность Теплостойкость Виброустойчивость
Как называется расчет, определяющий факти­ческие характеристики (параметры) детали	Проектировочный расчет Проверочный расчет
Определите табличным способом допускаемый коэффициент запаса прочности (материал дета­ли - высокопрочная сталь)	1,5-2,2 2,0-3,5 1,5-1,7

Ответы на вопросы

0.1. Курс «Детали машин» базируется на предметах: математика, физи­ка, химия, технология конструкционных металлов, теоретическая механи­ка, сопротивление материалов, взаимозаменяемость, стандартизация и тех­нические измерения, черчение.

0.2. Деталью называют изделие из однородного материала, изготовлен­ную без применения сборочных операций (иногда деталью называют от­дельную, не подлежащую разборке элементарную часть машины, изготов­ленную из нескольких элементов, соединенных^сваркой, клепкой и т. п.).

0.3. По характеру рабочего процесса и назначению компрессор можно отнести ко II классу, электродвигатель к I, пресс к III классу.

0.5 . Прочность деталей, жесткость, долговечность, теплостойкость, виброустойчивость, коррозионная стойкость, снижение массы деталей, ис­пользование недефицитных материалов, удобство изготовления и техноло­гичность конструкции, удобство в эксплуатации, транспортабельность де­тали, эстетичность и экономичность.

0.6. Под прочностью понимают способность материала детали в опре­деленных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (сопротивляться разрушению или возникновению пластиче­ских деформаций под действием приложенных к ней нагрузок).

0.7. Условие жесткости детали: возникающие (рабочие) упругие переме­щения (прогибы, углы поворота поперечных сечений и т. д.) в деталях под действием рабочих нагрузок должны быть меньше или равны допускаемым.

0.8. Износ - изменение размеров, формы, массы или состояния по­верхности деталей вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. Хорошее смазывание, увеличение твердости, применение покрытий, правильный выбор материалов сопряженной пары и другие меры уменьшают изнашивание.

0.9. Понизится несущая способность детали, возможно появление оста­точных деформаций и т. п.; нарушится жидкостный режим смазывания и усилится изнашивание деталей; уменьшатся зазоры в сопряженных тру­щихся деталях, в связи с чем возможно заклинивание деталей, а следова­тельно, выход их из строя, снижение точности.

0.10. В металлорежущих станках вибрации снижают точность обработ­ки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей.

0.12. По формуле (0.4) определяют рабочее напряжение растяжения, возникающее в круглом стержне, и, сравнивая его с допускаемым напря-. жением для данного материала, делают заключение о прочности. Для из­вестных размеров детали (по рассчитанному ст р) подобрать по таблице ма­териал. Формула (0.4) - для проверочного расчета.

0.13. Предельное напряжение (предел выносливости) зависит от мате­риала детали, типа напряженного состояния и характера изменения напря­жений во времени. Предел выносливости также зависит от конструктивной формы детали, ее размеров, агрессивности среды и т. д. (состояние поверх­ности, упрочняющей обработки).

При возникновении в детали напряжений, переменных во времени.

0.14. Для стальных отливок (второй случай нагружения): [s] = 1,7 ÷ 2,2 (см. табл. 0.1).

0.15. При выборе материала для проектируемой детали обычно исходят из следующих основных требований:

Эксплуатационных - материал должен удовлетворять условиям рабо­ты детали;

Технологических - материал должен удовлетворять возможности из­готовления детали при выбранном технологическом процессе;

Экономических - материал должен быть выгодным с точки зрения стоимости детали.

ЧАСТЬ I

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ

Контрольная карточка 1.2

§ 4. Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения)

В данном учебнике «Детали машин» в пределах учебной программы рассматриваются рычажные, кулачковые и храповые механизмы: назначе­ние, принцип работы, устройство, область применения.

Подробно тема § 4 изучается в курсе «Теория механизмов и машин».

Рычажные механизмы.

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое, колебательное вдоль или вокруг оси. Наиболее распро­страненные рычажные механизмы - шарнирный четырехзвенный, кривошип-но-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис. 1.10) состоит из кривоши­па 7, шатуна 2 и коромысла 3. В зависимости от соотношения длин рыча­гов 1, 2, 3 механизм и его звенья будут выполнять разные функции. Меха­низм, изображенный на рис. 1.10, со звеном 1, наиболее коротким из всех, называется однокривошипным. При вращении кривошипа. 1 вокруг оси О, коромысло 3 совершает колебательное движение вокруг оси О 2 , шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.

Кривошипно-ползунный механизм получают из шарнирного четырехзвен-ника при замене коромысла 3 ползуном 3 (рис. 1.11). При этом вращение кривошипа 1, ползун 3 совершает колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. В двигателях внутреннего сгорания, таким ползуном, является поршень, а направляющей - цилиндр.

Кулисные механизмы служат для преобразования равномерно-враща­тельного движения кривошипа в качательное движение кулисы или нерав­номерное прямолинейное колебательное (возвратно-поступательное) дви­жение ползуна. Кулисные механизмы ис­пользуются в строгальных станках, когда рабочий ход (снятие стружки) происходит медленно, а нерабочий ход (возвращение резца) - быстро. На рис. 1.12 показана схе­ма кулисного механизма с входным поршнем на шатуне. Такая схема используется в меха­низмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а также в раз­личных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнем 3 на шатуне, скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.

Рис. 1.10. Шарнирный четырех­звенный механизм:

1 - криво­шип; 2 - шатун; 3 - коромысло

Рис. 1.11. Кривошипно-шатунный

механизм: 1 - кривошип; 2 -

шатун; 3 - ползун

Рис. 1.12. Кулисный механизм: / - кри­вошип; 2 - шатун; 3 - поршень

Кулачковые механизмы.

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращатель­ного движения ведущего звена (кулачка) в заведомо заданный закон воз­вратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя, а также обеспечить временные остановы ведо­мого звена при непрерывном движении ведущего.

На рис. 1.13 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка /, толкателя 2 и стойки (опоры) 3. Для уменьшения трения в кулачковый механизм вводится ролик. Веду­щим звеном в кулачковом механизме является кулачок. Кулачок может со­вершать как вращательное движение, так и поступательное. Движение ве­домого звена - толкателя - может быть поступательным и вращательным.

Рис. 1.13. Кулачковые механизмы: / - кулачок; 2 - толкатель; 3 - стойка (опора)

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повы­шенный износ звеньев механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным нагрузкам на звенья и к усложне­нию конструкции.

Храповые механизмы.

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструк­тивно храповые механизмы делятся на не­реверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а также реверсивные в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 1.14).Веду­щим звеном может быть как храповое ко­лесо внутреннего зацепления /, соединен­ное с зубчатым колесом внешнего зацепле­ния, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.

Рис. 1.14. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени­ем:

1 - храповое колесо; 2 - пру­жина; 3 - собачка; 4 - втулка

В нереверсивных механизмах (рис. 1.15) храповое колесо выполняют в виде рейки 1 в направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храпо­вым зубом прерывистое прямолинейное движение. В этом случае преду­сматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное положение.

Рис. 1.15.Нереверсивный храповый механизм: Рис. 1.16. Реверсивный храповый механизм:

1 - рейка; 2 - собачка 1- храповик; 2 - ведущий рычаг; 3 - собачка

Реверсивные храповые механизмы (рис. 1.16) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанав­ливают собачку 3, которую при необходимости реверса перебрасывают во­круг оси О х.

В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в ко­торых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении с перио­дическими остановками (металлообрабатывающие станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).

Глава 2

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения

2.1. Фрикционная передача - механическая передача, служащая для пере­дачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движе­ния в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и при­жимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи состоят из двух катков (рис. 2.1): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой F r (на рисунке - пружиной), так что сила трения Ту в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы F t .

Рис. 2.1. Цилиндрическая фрикционная передача:

1 - ведущий каток; 2 - ведомый каток

Условие работоспособности передачи:

F f ≥F t (2.1)

Нарушение условия (2.1) приводит к буксованию. Один каток к другому может быть прижат:

Предварительно затянутыми пружинами (в передачах, предназначен­
ных для работы при небольших нагрузках);

Гидроцилиндрами (при передаче больших нагрузок);

Собственной массой машины или узла;

Через систему рычагов с помощью перечисленных выше средств;

Центробежной силой (в случае сложного движения катков в плане­тарных системах).

Контрольная карточка 2.1

Вопрос	Ответы	Код
Как классифицировать фрикционные передачи по принципу передачи движе­ния и способу соединения ведущего и ведомого звеньев?	Зацеплением Трением с непосредственным контактом Передача с промежуточным звеном Трением с гибкой связью
Как называется деталь, обозначенная цифрой 2 на рис. 2.6?
Можно ли применить фрикционную пе­редачу для изменения скорости привод­ных колес автомобиля, снегохода и т. д.	Нельзя Можно
Из какого материала изготовляют катки тяжелонагруженных быстроходных за­крытых фрикционных передач?	Сталь Чугун Бронза Из любого материала (сталь, чугун, бронза) Текстолит, и другие неметаллические мате­риалы
Определите частоту вращения ведомого вала фрикционной передачи, если n= 1000 об/мин, D 1 = 100 мм, D 2 = 200 мм (скольжением пренебречь)	500

Контрольная карточка 2.2

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, показанная на рис. 2.8?	Цилиндрическая фрикционная с гладкими катками Клинчатая фрикционная Коническая фрикционная Червячная
Какой из указанных недостатков фрикционной передачи не дает возможность применения для точных делительных механизмов	Непостоянство передаточного отношения Большие нагрузки на валы Низкий КПД Ограниченная величина окружной скорости	б
Формула для определения диаметра ведомого катка цилиндрической фрикционной передачи	aΨ a
Для чего в расчетные формулы вводят коэффициент K с?	Для увеличения КПД передачи Для снижения пробуксовки катков при перегрузках Для снижения коэффициента трения
Как уменьшить межосевое расстояние а при проектировании фрикционной передачи (без увеличения размеров и нагруженности передачи)	Выбрать более прочный материал Увеличить коэффициент К с Увеличить коэффициент f Увеличить коэффициент Ψ а

Вариаторы

2.25. Фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регу­лирования передаточного числа, называют фрикционным вариатором или про­сто вариатором.

Вариаторы выполняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков без промежуточного диска (см. рис. 2.11) или с промежуточным диском (см. рис. 2.12 и 2.13). Основная кинематическая характеристика вариатора - диапазон регулирования угло­вой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

(2.31)

Контрольная карточка 2.3

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, показанная на рис. 2.11?	Цилиндрическая фрикционная передача Лобовой вариатор Торовый вариатор Вариатор с коническими катками
К каким передачам относятся вариаторы?	С нерегулируемым передаточным числом С регулируемым передаточным числом
В какое положение необходимо поместить зедущий каток / (см. рис. 2.11), чтобы уве­личить угловую скорость ведомого катка 2?	Влево к оси вала катка 2 В правое крайнее положение
Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рис. 2.11), если веду­щий каток / переместить влево (на рисун­ке показано штриховыми линиями)	По часовой стрелке Против часовой стрелки
Как назвать деталь, обозначенную цифрой 3 на рис. 2.12?	Ведущий каток Ведомый каток Промежуточный диск

Ответы на вопросы

2.1. При буксовании ведомый каток 2 (см. рис. 2.1) останавливается, а зедущий 7 скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изна­шиваются (образуются лыски).

2.2. Передача, изображенная на рис. 2.4, фрикционная с нерегулируе­мым передаточным числом, коническая, с пересекающимися осями валов, закрытая.

2.3. Достоинство - предохранение: от поломок недостатки - непосто­янство передаточного числа и, повышенное и неравномерное изнашивание катков.

2.5. Ведомый каток во избежание образования лысок рекомендуют из­готовлять из более износостойкого материала.

2.7. Наличием на рабочих поверхностях катков масляной пленки, не­возможностью оптимизировать величину силы нажатия вследствие нерав­номерности передаваемой нагрузки при работе передачи. Передаточное число фрикционной передачи - отношение диаметра ведомого катка D 2 к диаметру ведущего D 1 ; u= D 2 /D 1 , (без учета проскальзывания).

2.8 . Детали закрытых фрикционных передач работают в масляной ван­не, поэтому сумма относительных потерь ∑ Ψ этих передач меньше, чем от­крытых.

2.9. Усталостные трещины образуются на поверхности ведущего катка / з поверхностном слое и ведомого катка 2, за счет сил трения образуются

микротрещины (рис. 2.7). При вращении катков давление масла 3 возрас­тает, микротрещина увеличивается, и от поверхности катка 2 откалываются частицы металла.

2.11 . В качестве прижимного устройства для цилиндрической фрикци­онной передачи могут служить пружины, рычаги с противовесом и т. п. (на рис. 2.6 прижимное устройство показано схематично стрелкой F 1 , на рис. 2.1 - прижимное устройство пружинного типа).

2.14. Формула для определения диаметра ведомого катка D 2: u = D 2 /D 1 , отсюда D 2 = D 1 u. Подставим вместо D, его значение из формулы (2.7). Тогда D 2 = 2аu/(1 + и).

2.15. Максимальная сила трения F f в месте контакта катков должна быть больше передаваемой окружной силы F t , т. е. F f ≥ F t .

2.16. Для цилиндрической фрикционной передачи со стальными, чу­гунными или текстолитовыми катками. Контактные напряжения σ н зави­сят от значений D 1 , D 2 и b.

2.18. От силы нажатия F r .

2.19. Для цилиндрических фрикционных передач, катки которых изго­товлены (или облицованы) из фибры, резины, кожи и дерева. Материал не подчиняется закону Гука.

2.22. Для конической фрикционной передачи (см. рис. 2.10) ведущий вал 1 устанавливается на подвижные подшипники, ведомый 2 на непод­вижные. Для обеспечения работоспособного состояния передачи катки D 1 и D 2 прижимаются один к другому (нажимным делается больший каток) специальным прижимным устройством рычажного, пружинного или друго­го типа (на рис. 2.10 F r - сила нажатия катков).

2.24. Зависит. Чем больше коэффициент трения /, тем меньше сила прижатия F r и наоборот. Сила прижатия зависит от среднего диаметра ве­дущего катка.

2.25. Основная - диапазон регулирования. Диапазон регулирования угловой скорости ведомого катка - отношение наибольшей (максималь­ной) угловой скорости ведомого вала к наименьшей (минимальное) его уг­ловой скорости, т. е. .

2.26. Если малый каток вариатора переместится к центру большого (рис. 2.11), то передаточное отношение уменьшится.

Лобовой вариатор - вариатор с пересекающимися валами.

2.27. При положении, осей 4 (см. рис. 2.12) промежуточных дисков 3, перпендикулярном к оси катков 1 и 2, передаточное число и = 1. Направле­ние вращения ведомого катка по часовой стрелке. На рис. 2.5 показан ва­риатор с соосными валами.

2.28. Диаметр промежуточного диска 3 (см. рис. 2.13) не влияет на пе­редаточное число. Доказательство: u о6щ = u 1 u 2 ; и 1 = R пр /R 1 ; u 2 = R 2 /R np . Отсюда .

По рис. 2.13 и< 1, т. е. передача повышающая. Вариатор с параллель­ными валами.

Глава 3

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Контрольная карточка 3.1

Вопрос	Ответы	Код
Какое основное отличие зубчатой пере­дачи от фрикционной?	Постоянство передаточного числа Непостоянство передаточного числа
Как классифицируется по взаимному расположению осей колес передача на рис. 3.1, е?	Оси параллельны Оси пересекаются Оси скрещиваются
Как называется способ обработки зубь-ев, показанный на рис. 3.6?	Фрезерование дисковой фрезой Фрезерование червячной фрезой («обкатка») Шевингование Притирка
Как классифицируется по способу изго­товления заготовки зубчатое колесо, на рис. 3.14?	Кованое Штампованное Бандажированное Сварное
Применяются ли (как правило) в общем машиностроении для изготовления зуб­чатых колес бронза, латунь?	Да Нет

§ 3. Основные элементы зубчатой передачи. Термины, определения и обозначения

3.12. Одноступенчатая зубчатая передача состоит из двух зубчатых ко­лес - ведущего и ведомого. Меньшее по числу зубьев из пары колес назы­вают шестерней, а большее колесом. Термин «зубчатое колесо» является об­щим. Параметрам шестерни (ведущего колеса) приписывают при обозначе­нии нечетные индексы (1, 3, 5 и т. д.), а параметрам ведомого колеса - четные (2, 4, 6 и т. д.).

Зубчатое зацепление характеризуется следующими основными пара­метрами:

d a - диаметр вершин зубьев;

d r - диаметр впадин зубьев;

d a - начальный диаметр;

d - делительный диаметр;

р - окружной шаг;

h - высота зуба;

h a - высота ножки зуба;

с - радиальный зазор;

b - ширина венца (длина зуба);

е, - окружная ширина впадины зуба;

s, - окружная толщина зуба;

а ш - межосевое расстояние;

а - делительное межосевое расстояние;

Z - число зубьев.

Делительная окружность - окружность, по которой обкатывается ин­струмент при нарезании. Делительная окружность связана с колесом и де­лит зуб на головку и ножку.

Основные элементы зубчатых колес представлены на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Геометрические параметры цилиндрических зубчатых колес

Модулем зубьев т называется часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб.

Модуль является основной характеристикой размеров зубьев. Для пары зацепляющихся колес модуль должен быть одинаковым.

Линейную величину, в п раз меньшую окружного шага зубьев, называют окружным модулем зубьев и обозначают т:

Размеры цилиндрических прямозубых колес вычисляют по окружному модулю, который называют расчетным модулем зубчатого колеса, или про­сто модулем; обозначают буквой т. Модуль измеряют в миллиметрах. Мо­дули стандартизованы (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Стандартные значения модулей

1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд
	1,125		3,5
1,25	1,375		4,5
1,5	1,75		5,5
	2,25
2,5	2,75	8.

Примечание. При назначении модулей первый ряд значений следует предпочитать второму.

Контрольная карточка 3.2

Вопрос	Ответы	Код
Как называется деталь, изображенная на рис. 3.16?	Зубчатое колесо цилиндрическое Зубчатое колесо коническое Червячное колесо
Какназывается деталь 1, изображенная нарис. 3.17?	Червяк Шестерня Колесо зубчатое Звездочка Шкив
Как называется окружность (см. рис. 3.16), диаметр которой Ø 140 мм?	Начальная окружность Окружность вершин зубьев Делительная окружность Окружность впадин
Как называется окружность (см. рис. 3.16), диаметр которой Ø 130 мм?	Окружность ступицы колеса Окружность впадин Окружность вершин зубьев Делительная окружность
Напишите формулу для определения моду­ля зубчатого зацепления	π/р t р,/π h f -h a

Рис. 3.16 Рис. 3.17

Контрольная карточка 3.3

Вопрос	: Ответы	Ксл
Что называется полюсом зацепле­ния?	Точка касания двух соседних зубьев Отношение числа к к шагу зацепления Точка касания делительных (или начальных) ок­ружностей шестерни и колеса Точка касания линии зацепления с основной ок­ружностью шестерни или колеса
Покажите на рис. 3.22 активную линию зацепления (рабочий уча­сток)	Отрезок АД Отрезок ВС На чертеже не показан
Какой профиль имеют зубья пе­редачи, показанной на рис. 3.21?	Эльвовентный Циклоидальный Зацепление Новикова Эти профили в машиностроении не используются
Определить, сколько пар зубьев находится одновременно в зацеп­лении, если ε a = 1,7	В течение 70 % времени в зацеплении находятся две пары, а в течение 30% времени - одна В течение 30 % времени в зацеплении находятся две пары, а в течение 70 % - одна
Какой угол зацепления принят для стандартных зубчатых колес, нарезанных без смещения	Любой

Виды разрушений зубьев