ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ Раздел 1. Основные понятия Раздел 2. Механические передачи Раздел 3. Валы и опоры Раздел 4. Соединения. Допуски и посадки

1. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 1 План: 1. 1. Введение. 1. 2 Основные понятия. Классификация деталей машин. 1. 3. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин. 1. 4. Понятие о надежности машин.

1. 1. Введение ТИПОВЫЕ ГОРНЫЕ МАШИНЫ и МЕХАНИЗМЫ 1. Экскаватор 2. Проходческий комбайн. 3. Буровой станок 4. Проходческий комплекс. 5. Погрузочная машина. 6. Ленточный транспортер.

Рисунок 1. Экскаватор: 1 - привод ходового механизма; 2 привод поворотного механизма; 3 - привод исполнительного органа; 4 - привод напорного механизма

Рисунок. 2. Проходческий комбайн: 1 - привод исполнительного органа; 2 - привод гусеничного хода; 3 – привод конвейера

Рисунок 3. Буровой станок: 1 – буровой инструмент; 2 – механизм подачи; 3 – вращатель с электромотором; 4 – бурильные трубы

Рисунок 4. Проходческий комплекс: 1 – привод ходового механизма; 2 – привод исполнительного механизма; 3 – привод погрузочного механизма

Рисунок 5. Погрузочная машина: 1 - привод рабочего органа; 2 - привод транспортера; 3 – привод гусеничного хода

Специфические условия эксплуатации: влажность и запыленность; абразивность разрушаемого массива; химическая активность шахтных вод; опасность обрушения горных пород на машину; случайный характер изменения прочностных свойств горных пород на различных участках горного массива; неравномерность перемещения машины; случайность изменения размеров и объема погружаемого материала; случайный характер поступления материала и его распределение на ленте конвейера и т. д. и т. п.

1. 2 Введение 1. 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН, ДЕТАЛИ МАШИН–это наука, в которой рассматри ДЕТАЛИ МАШИН ваются основы расчета и конструирования деталей и узлов общего назначения. Механизм искусственно созданная система тел, Механизм предназначенная для преобразования движения одного из них или нескольких в требуемые движения других тел. Машина механизм или сочетание механизмов, Машина которые служат для облегчения или замены труда человека и повышения его производительности.

Деталь - это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций. Узел - крупная сборочная единица, имеющая вполне определенное функциональное назначение. Классификация деталей и узлов общего назначения: 1) соединительные детали; 2) механические передачи; 3) детали, обслуживающие передачи. Соединения: - неразъемные: заклепочные, сварные, клеевые; с натягом; - разъемные: резьбовые; шпоночные; шлицевые.

Передачи: - передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные) ; - передачи трением (ременные, фрикционные). Детали, обслуживающие передачи: Детали, обслуживающие передачи - валы; - подшипники; - муфты; - смазочные устройства; - уплотнения; - корпусные детали.

1. 2 1. 3. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин Работоспособность деталей оценивают по следующим критериям: прочность; жесткость; износостойкость; теплостойкость; вибрационная устойчивость.

1. 2 Пути повышения надежности: . Ø - основы надежности закладываются конструктором при проектировании изделия. Плохо продуманные, не отработанные конструкции не надежны. Большую роль здесь играет стандартизация, унификация и т. д. ; Ø - улучшение качества производства конструкции; Ø - уменьшение напряженности деталей (рационально применять высокопрочные материалы, различные виды термической обработки, которые увеличивают нагрузочную способность зубчатых передач до 2… 4 раз); Ø - применение хорошей смазки; Ø - установка предохранительных устройств; Ø - должный контроль ОТ; Ø - резервирование.

Практическое занятие № 1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА Последовательность расчета: 1. Определить к. п. д привода. 2. Найти требуемую мощность двигателя. 3. Подобрать марку электродвигателя. 4. Найти общее передаточное число привода. 5. Разбить передаточное число привода по ступеням. 6. Вычислить частоту вращения каждого из валов привода. 7. Определить крутящие моменты на каждом из валов привода. 8. Составить сводную таблицу параметров привода.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Вращающий момент на тихоходном (четвёртом) валу привода: ТТ = 1639 Н∙м; Частота вращения тихоходного вала привода: nт = 25, 1 об/мин; Синхронная частота вращения двигателя nэ. д. синхр = 1000 об/мин. Данный привод состоит из: открытой передачи (плоскоремённой), двух закрытых передач (цилиндрического двухступенчатого редуктора с косозубой быстроходной ступенью и прямозубой тихоходной ступенью) и муфты.

): , 1. Определяем требуемую мощность на тихоходном валу привода 2. Вычисляем КПД привода, используя значения из таблицы 1: 0, 96∙ 0, 97∙ 0, 99=0, 894. 3. Находим требуемую мощность двигателя

, к. Вт. 4. По таблице 2 выбираем электродвигатель 4 АМ 132 S 6 У 3 (с учётом значения nэ. д. синхр и условия Рном ≥ Рэ. д): Рном=5, 5 к. Вт; nэ. д. ас=965 об/мин; dэ. д=38 мм; ℓ=80 мм. 5. Находим общее передаточное отношение привода

, . 6. Производим разбивку общего передаточного отношения привода между его ступенями (открытой передачей, быстроходной передачей редуктора и тихоходной передачей редуктора). Ориентировочно принимаем iоткр (ремён) = 1, 6 (руководствуясь таблицей 3 и местоположением передачи в приводе), тогда получаем передаточное отношение редуктора:

Т. к. редуктор состоит из двух ступеней, то в соответствии с рекомендациями таблицы 4 вычисляем передаточное отношение тихоходной и быстроходной ступеней редуктора:

Полученное значение округляем ближайшего стандартного по ряду Ra 20: u т. ред. (цил. прям)=4, 5. до округляем до u б. ред. (цил. косоз)=5, 6. Уточняем передаточное отношение ременной передачи:

На основании произведённых расчетов составляем сводную таблицу параметров привода (таблица 5. 2): Передаточное отношение ΙΙ nΙΙ 631 TΙΙ 70 nΙΙΙ 113 TΙΙΙ 380 25, 1 TΙV Значен ие TΙ nΙV Обозна чение 965 ΙV Значен ие nΙ ΙΙΙ Обозна чение Ι КПД Значен ие № Обозна чение Крутящий момент, Н·м Значен ие Частота вращения, об/мин Обозна чение Номер вала Т а б л и ц а 5. 2 – Параметры привода 47, 7 uоткр 1, 53 ηрем 0, 96 u б. ред 5, 6 ηцил. кос 0, 97 u т. ред 4, 5 1642 ηцил. пр×ηму 0, 97∙ 0, 99 ф

ДЕТАЛИ МАШИН и ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ Раздел – МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 2 ЛЕКЦИЯ 3 КОНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 6 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 7 ЛЕКЦИЯ 4 РЕДУКТОРЫ ЛЕКЦИЯ 9 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 10 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 11 ЛЕКЦИЯ 8 ЛЕКЦИЯ 5

2. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ План: 2. 1. Назначение и классификация механических передач. 2. 2. Основные параметры механических передач.

2. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 2. 1. Назначение и классификация механических передач Механические устройства, применяемые для пере дачи энергии от источника к потребителю с изменени ем угловой скорости или вида движения, называют механическими передачами. Применение привода обусловлено: 1. Число оборотов рабочего органа значительно отличается от числа оборотов электродвигателя. 2. При малом числе оборотов двигатель имеет низкий к. п. д. 3. Двигатель имеет вращательное движение, а рабочий орган требует поступательного и наоборот. 4. От одного электродвигателя можно передавать движение нескольким рабочим органам, имеющим разные скорости.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация механических передач: По способу передачи движения: 1) трением (фрикционные, ременные); 2) передачи зацеплением (зубчатые, червячные, винтовые, цепные). По способу соединения звеньев передачи: 1) передачи непосредственного контакта (зубчатые, червячные, винтовые, фрикционные); 2) передачи гибкой связью (ременные, цепные).

2. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 2. 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ Любая передача состоит из ведущего 1 (его параметры условились обозначать нечетными индексами) и ведомого (четные индексы) звеньев.

2. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 1. мощность на входе Р 1 и на выходе Р 2 ; 2. быстроходность n 1, n 2 ; 3. коэффициент полезного действия η 4. передаточное отношение i: ;

3. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 3 ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 3. 1. Достоинства, недостатки, области применения, классификация зубчатых передач. 3. 2. Геометрические параметры цилиндрических зубчатых передач. 3. 3. Особенности геометрии косозубых цилиндрических колес.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 1. ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ, Об. ЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ Зубчатая передача – это передача, движение в которой передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее из колес называют шестерней, а большее – колесом. Термин « зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и колесу. Параметры шестерни отмечают индексом 1, а колеса – 2, например число зубье z 1 и z 2.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства зубчатых передач: § возможность передачи практически любых мощностей (до 50000 к. Вт и более) при весьма широком диапазоне окружных скоростей (до 30. . . 150 м/с); § постоянство передаточного отношения; § компактность, надежность и высокую усталостную прочность пе редачи; § высокий КПД (95… 98 %)) при высокой точности изготовле ния и монтажа, низкой шероховатости рабочей поверхности зубьев, жидкой смазке и передаче полной мощности; § простота обслуживания и ухода; § сравнительно небольшие силы давления на валы и их опоры; § возможность изготовления из самых разнообразных материалов, металлических и неметаллических.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки зубчатых передач: § ограниченность передаточного отношения; § являются источником вибрации и шума, особенно при низком качестве изготовления и монтажа и значительных скоростях; § при больших перегрузках возможна поломка деталей; § относительная сложность изготовления высокоточных зубчатых колес. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1 ое место по распространению во всех отраслях народного хозяйства.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 1. По взаимному расположению осей валов колес: § цилиндрические; § конические; § винтовые и гипоидные. 2. По наклону зубьев: § прямозубые; § косозубые; § шевронные; § с круговым зубом. 3. По форме профиля: § эвольвентные; § с зацеплением Новикова.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 4. По конструктивному исполнению: § открытые; § закрытые. 2. В зависимости от характера движения осей зубчатых колес: § оси колес неподвижны; § оси колес подвижны (планетарные); § волновые. 3. В зависимости от окружной скорости колес: § тихоходные; § среднескоростные; § высокоскоростные.

3. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 2. Геометрические параметры цилиндрических передач Эвольвентное зацепление обеспечивает высокую прочность зубьев, простоту и удобство измерения параметров зацепления, взаимозаменяемость зубчатых колес при любых передаточных отношениях. Основная теорема зацепления: Модуль зацепления, мм Угол зацепления

3. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Геометрические параметры цилиндрических передач диаметр делительной окружности диаметр выступов зубьев диаметр впадин зубьев высота головки зуба высота ножки зуба высота зуба межосевое расстояние

3. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 3. Особенности геометрии косозубых цилиндрических колес окружной шаг окружной модуль диаметр делительной окружности

Практическое занятие № 2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ПЕРЕДАЧ Последовательность расчета: 1. Выбрать материал шестерни (червяка) и колеса опираясь на теоретический материал: 1 группа с твёрдостью НВ ≤ 350 (термообработка – нормализация и улучшение); 2 группа с твёрдостью НВ > 350 (термообработка – объёмная или поверхностная закалка, нитроцементация, цианирование, азотирование). Обосновать выбор. 2. Выписать механические свойства выбранных материалов, вид термообработки. 3. Определить допускаемые контактные напряжения как для шестерни, так и для колеса. 4. Определить допускаемые изгибные напряжения как для шестерни, так и для колеса.

ПРИМЕР ВЫБОРА МАТЕРИАЛА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСКАЕМЫХ КОНТАКТНЫХ [σH] И ИЗГИБНЫХ [σF] НАПРЯЖЕНИЙ Данный привод включает в себя две зубчатые передачи входящие в состав редуктора: быстроходная передача редуктора – цилиндрическая косозубая; тихоходная передача редуктора – цилиндрическая прямозубая. Косозубая зубчатая передача 1. Выбираем материалы со средними механическими характеристиками, исходя из условия для зубчатых колёс с косыми зубьями (НВср1 – НВср2) ≥ 70… 80, (из таблицы 6): Шестерня сталь 40 Х; Колесосталь 45; Dзагот до 120 мм; Dзагот любой; Т. О. – улучшение; Т. О. – нормализация; НВср1 = 270. НВср2 = 190.

2. Определяем допускаемые контактные напряжения по формуле (22) с учётом рекомендаций таблицы 7: Шестерня, МПа Колесо МПа; . Т. к. для косозубых колёс при разности средних твёрдостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса (НВср1 – НВср2) ≥ 70 и НВ≤ 350 за допускаемое контактное напряжение пары принимают меньшее из двух полученных, то

, МПа; , МПа, ; МПа, окончательно принимаем [σH] = 434 МПа. 3. Рассчитываем допускаемые напряжения изгиба с исполь зованием данных из таблицы 8: Шестерня

4. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 4 Зубчатые передачи План: 4. 1. Влияние числа зубьев на их форму и прочность. 4. 2. Понятие о корригировании зубчатых передач. 4. 3. Точность зубчатых передач. 4. 4. Силы в зацеплении цилиндрических зубчатых передач. 4. 5. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач.

4. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 2. Понятие о корригировании зубчатых передач Корригирование улучшение профиля зуба путем его Корригирование очерчивания другим участком той же эвольвенты по сравнению с нормальным зацеплением. Корригирование применяют: применяют Ø для устранения подрезания зубьев шестерни, если Ø для повышения изгибной прочности зубьев, что достигается увеличением их толщины; Ø для повышения контактной прочности, что достигается увеличением радиуса кривизны в полюсе зацепления; Ø для получения заданного межосевого расстояния передачи

4. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Корригирование осуществляют смещением инструмента на величину «Хm» при нарезании зубьев. Положительное смещение – это смещение инструмента от центра зубчатого колеса Хm >0 Отрицательное - смещение к Отрицательное центру Хm

4. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 3. Точность зубчатых передач В стандартах предусмотрено 12 степеней точности Наиболее распространены 6, 7, 8 и 9 степени. Пример обозначения степени точности колес 8 В. Во избежание заклинивания зубьев в зацеплении должен быть гарантированный боковой зазор. Величина зазора регламентируется видом сопряжения зубчатых колес. Стандартом предусмотрено шесть видов сопряжения: сопряжения Н нулевой зазор, Е малый, С и Д уменьшенный, В нормальный, А увеличенный.

4. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 4. Силы в зацеплении прямозубых цилиндрических зубчатых передач, Окружная сила Радиальная сила

4. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Силы в зацеплении косозубых цилиндрических зубчатых передач Окружная сила Радиальная сила Осевая сила

4. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 5. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач Повторно – переменное воздействие нагрузки на зубья приводит: к поломке зубьев; к выкрашиванию рабочих поверхностей; к износу и заеданию зубьев. Для закрытых зубчатых передач: основной расчёт на контактную прочность; на контактную прочность проверочный расчёт зубьев на изгибную выносливость Для открытых передач наоборот.

5. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 5 Зубчатые передачи План: 5. 1. Материалы зубчатых колес и их термообработка. 5. 2. Допускаемые контактные и изгибные напряжения. 5. 3. Расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную прочность. 5. 4. Расчет цилиндрических зубчатых передач на изгибную прочность.

5. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 1. Материалы зубчатых колес и их термообработка Стальные зубчатые колеса разделяют на две основные группы: 1 - с твердостью Термообработка: нормализация или улучшение; Термообработка 2 - с твердостью Термообработка: объёмная закалка, закалка ТВЧ, Термообработка цементация, азотирование

5. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 2. Допускаемые контактные и изгибные напряжения 1. Допускаемые контактные напряжения 2. Допускаемые напряжения изгиба

5. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 3. Расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную прочность Наибольшее контактное напряжение в зоне зацепления: удельная расчетная окружная сила:

5. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 4. Расчет цилиндрических зубчатых передач на изгибную прочность Напряжения изгиба удельная расчётная окружная сила при изгибе

6. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 6 Конические зубчатые передачи План: 6. 1. Основные геометрические соотношения. 6. 2. Силы в зацеплении конических зубчатых передач. 6. 3. Расчет прямозубой конической передачи по напряжениям изгиба и на контактную прочность. 6. 4. Конические передачи с непрямыми зубьями.

6. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 1. Основные геометрические соотношения Передаточное отношение или Соотношение между модулями i ≤ 4, (до 6, 3)

6. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 1. Основные геометрические соотношения Внешнее конусное расстояние: Передаточное число: Высота головки и ножки зуба: .

6. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 3. Расчет прямозубой конической передачи по напряжениям изгиба и на контактную прочность Диаметры эквивалентных колес Эквивалентные числа зубьев Напряжения изгиба: Контактные напряжения:

6. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 4. Конические передачи с непрямыми зубьями с тангенциальными зубьями с круговыми зубьями

7. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 7 Червячные передачи План: 7. 1. Достоинства, недостатки, области применения, передаточное число и классификация червячных передач. 7. 2. Геометрические параметры червячной передачи. 7. 3. Силы в зацеплении червячной передачи. 7. 4. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности червячных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 1. Достоинства и недостатки, области применения, передаточное число и классификация червячных передач. Достоинства передачи: 1) плавность и бесшумность работы; 2) компактность и сравнительно небольшая масса; 3) возможность большого редуцирования; 4) возможность самоторможения; 5) большая кинематическая точность. Недостатки: 1) сравнительно низкий КПД; 2) повышенный износ и склонность к заеданию; 3) применение для колес дорогих антифрикционных материалов; 4) повышенные требования к точности сборки.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Области применения: станки, подъемно транспортные машины, приборы т. д. ; при небольших и средних мощностях, обычно не более 50 квт. Передаточное число Обычно z 1 = 1 … 4 , следовательно, червячные передачи имеют большие передаточные числа. В силовых червячных передачах передаточное число рекомендуют до 10… 60; в приборах и делительных механизмах до 300 и более.

7. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация: По форме внешней поверхности червяка с цилиндрическим червяком с глобоидным червяком По форме профиля резьбы червяка архимедов червяк конволютный червяк эвольвентный червяк По направлению линии витка червяка -с правым -с левым направлением нарезки По расположению червяка относительно колеса с нижним с боковым с верхним расположением червяка

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КПД червячной передачи зависит от числа заходов червяка: z 1 = 1 η = 0, 7… 0, 75 z 1 = 2 η = 0, 75… 0, 8 z 1 = 3 η =0, 8… 0, 85 z 1 = 4 η = 0, 85… 0, 9

7. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 3. СИЛЫ В ЗАЦЕПЛЕНИИ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ Окружная сила на колесе = осевой силе на червяке Радиальные силы Осевая сила на колесе = окружной силе на червяке

8. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 4. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности червячных передач. В червячной паре менее прочным элементом является зуб колеса. Основные виды разрушений и повреждений в червячных передачах: износ и заедание. Критерии работоспособности и расчета: Основной - расчет на контактную прочность зубьев, Проверочный - расчет на изгибную выносливость зубьев, а также – тепловой расчет червячной передачи и расчет на жесткость червяка.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 8. Червячные передачи План: 8. 1. Материалы и допускаемые напряжения. 8. 2. Расчет червячных передач на прочность по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. 8. 3. Тепловой расчет червячных передач. 8. 4. Расчет вала червяка на жесткость.

8. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 1. МАТЕРИАЛЫ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ Материал венца червячного колеса Скорости скольжения Оловянистые бронзы 5. . . 25 м/сек Безоловянистые бронзы 2. . . 5 м/сек Серый чугун не более 2 м/с Материал червяка цементируемые стали (20 Х, 18 ХГТ) среднеуглеродистые стали (45, 40 ХН) с поверхностной закалкой Твердость поверхности

8. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Допускаемые контактные напряжения: Øдля оловянистых бронз - из условия сопротивления усталостному выкрашиванию Øдля твердых бронз и чугунов - из условия сопротивления заеданию (или по эмпирическим формулам). Допускаемые напряжения изгиба: по эмпирическим формулам в зависимости от материала венца червячного колеса и характера нагрузки

8. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 2. Расчет червячных передач на прочность по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба Условие контактной прочности: прочности. Условие прочности зуба на изгиб:

8. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 3. Тепловой расчет червячных передач Условие теплового баланса по температуре масла в картере редуктора: Способы искусственного охлаждения: 1) увеличение поверхности редуктора; 2) обдув корпуса воздухом вентилятора; 3) установка в корпусе водяного охлаждения; 4) применение циркуляционных систем смазок. 8. 4. РАСЧЕТ ВАЛА ЧЕРВЯКА НА ЖЕСТКОСТЬ Условие жесткости вала червяка по величине прогиба:

9. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 9 РЕДУКТОРЫ План: 9. 1. Классификация редукторов. 9. 2. Особенности конструкции и расчета цилиндрических, конических, червячных редукторов

9. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 9. 1. Классификация редукторов Редукторы это механизмы, состоящие из передач Редукторы зацеплением с постоянным передаточным отношением, заключенные в корпус и предназначенные для понижения угловой скорости. Признаки классификации редукторов: Тип редуктора: Тип Ц - цилиндрический, К - конический, Ч - червячный, П - планетарный, Г - глобоидный Ш -, широкий У - узкий С - соосный М - мотор-редуктор Типоразмер редуктора Типоразмер Исполнение редуктора Исполнение определяют типом и определяют передаточным главными параметрами числом, вариантом сборки тихоходной ступени и формой концевых участков валов (аω, dae 2) Обозначение редуктора:

9. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 9. 2. Особенности конструкции и расчета цилиндрических, конических и червячных редукторов. а)ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕДУКТОРЫ Одноступенчатые редукторы применяют при передаточных числах u

9. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ При u = 7… 40 выгоднее применять двухступенчатые редукторы: Редуктор с последовательным расположением ступеней

9. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ б)Конические редукторы применяют для передачи вращающего момента между валами с взаимно перпендикулярным расположением осей Передаточные отношения для прямозубых при косых и редукторов круговых зубьях

9. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ В) ЧЕРВЯЧНЫЕ РЕДУКТОРЫ применяют для передачи движения между перекрещивающимися валами. Передаточные отношения: Одноступенчатый червячный редуктор c нижним расположением червяка

9. 7 Редуктор с червяком сбоку от колеса МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Редуктор с вертикальным расположением вала колеса или червяка

9. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Двухступенчатые редукторы с червячными передачами: цилиндрочервячный червячноцилиндрический u = 44, 6 … 480 червячночервячный u = 42, 25 … 3600

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ Предварительно все валы привода необходимо. пронумеровать и при расчетах присваивать определяемым параметрам индекс соответствующего вала. Расчеты выполнять последовательно для каждого вала привода. Ориентировочный расчет вала проводится только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям, так как известен только крутящий момент Т, передаваемый валом (изгиб невозможно учесть ввиду того, что неизвестны точки приложения нагрузки к валу).

Диаметр входного или выходного конца вала редуктора, а также диаметр вала под зубчатое колесо для двухступенчатого редуктора определяют по формуле dк где Т – крутящий момент на валу, Н · м; – допускаемое касательное напряжение, МПа. Для валов из относительно мягких сталей при определении диаметра конца вала принимают = 20… 25 МПа, для промежуточных валов = 10… 15 МПа

Если редуктор непосредственно примыкает к электродвигателю, то диаметр входного конца вала редуктора принимают равным dк = (0, 8. . . 1, 2) dдв, где dдв – диаметр вала электродвигателя для установки муфты между ва лами электродвигателя и редуктора. Диаметры остальных участков вала находят последовательным изменением диаметра предыдущего участка на 2. . . 5 мм (рис. 1). Полученные значения округляют до ближайшего стандартного значения (табл. 2).

входной вал цилиндрического редуктора; выходной вал цилиндрического, конического и червячного редукторов входной вал конического редуктора

Возможно два конструктивных исполнения входных валов: шестерню изготавливают заодно с валом (вал шестерня) и отдельно от него (насадная шестерня). Для насадной шестерни d f 1 > 1, 2 dш, где d f 1 – диаметр по впадинам зубьев шестерни, dш – диаметр вала под шестерней. Таблица 2. Стандартные значения диаметров валов Диаметры валов подшипники, мм 15; 17; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60 и т. д. 10; 10, 5; 11, 5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; Прочие диаметры 18; 19; 21; 22; 24; 26; 28; 30; 32; 34; 36; валов (ГОСТ 6636 -69), 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; мм 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100 и т. д

Диаметры ступеней валов обозначают следующим образом: dк – диаметр входного (или выходного) конца вала; dу – диаметр вала под уплотнение и крышку подшипника; dп – диаметр вала подшипник; dзк – диаметр вала под зубчатое колесо; dб – диаметр буртика; dш – диаметр вала под шестерней; d – диаметр вала для выхода режущего инструмента; dа 1 – диаметр червяка по вершинам витков (определен при расчете червячной передачи, так как червяк, как правило, выполняют заодно с валом и только в редких случаях напрессовывают на вал) или диаметр по вершинам зубьев шестерни.

Пример расчета диаметров участков вала редуктора (в расчете диаметры участков вала сразу округлены по ГОСТам): dк = 38 мм (по формуле (1)); dу = 38 + 2 = 40 мм; dп = 40 + 5 = 45 мм; dзк = 45 + 3 = 48 мм; dб = 48 + 2 = 50 мм. Буртик может находиться как с правой стороны зубчатого колеса, так и с левой.

По найденному диаметру вала подшипник подбирают стандартные радиальные (если Fa = 0 или Fa 0, 3 Ft) или радиально упорные подшипники легкой или средней серии и выписывают их характеристики. Серию в дальнейшем уточняют при расчете подшипников. При проектировании промежуточного вала с раздвоенной шестерней определяют диаметр вала по формуле (1) под колесом, а диаметры вала под шестернями принимают на 2. . . 5 мм меньше найденного.

10. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 10 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 10. 1. Достоинства, недостатки, области применения, классификация ременных передач. 10. 2. Силы и напряжения в ремне. 10. 3. Критерии работоспособности ременных передач. 10. 4. Детали ременных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 1. Достоинства, недостатки, области применения и классификация ременных передач Передачу механической энергии, осуществляемую гибкой связью посредством трения между ремнем и шкивом, называют ременной.

10. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация ременных передач По виду ремня различают ременные передачи: круглоременные плоскоременные клиноременные поликлиноременные Передаточное отношение ременных передач: зубчатые

10. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства ременных передач: v 1) возможность передачи энергии на значительные расстояния: (6… 5 м); v 2) простота и низкая стоимость конструкции; v 3) плавность и бесшумность хода, способность смягчать удары и предохранять от перегрузок при буксовании; v 4) возможность работы в широком диапазоне скоростей (до 100 м/с) и мощностей (от долей киловатта до сотен киловатт) v 5) простота обслуживания и ухода; v 6) относительно высокий КПД: 0, 91… 0, 98.

10. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки: v 1) непостоянство передаточного отношения вследствие упругого скольжения, меняющегося в зависимости от нагрузки; v 2) относительно большие габариты передачи и невысокая долговечность ремня (особенно в быстроходных передачах); v 3) вытягивание ремня в процессе эксплуатации передачи приводит к необходимости установки дополнительных устройств (натяжной ролик); v 4) большие нагрузки на валы и их опоры (подшипники).

10. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 2. СИЛЫ И НАПРЯЖЕНИЯ В РЕМНЕ сила в ведомой ветви С И Л Ы сила давления на валы - сила предварительного натяжения ремня - окружная сила - центробежная сила: сила в ведущей ветви

10. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 3. Критерии работоспособности ременных передач Тяговая способность ремня: площадь поперечного сечения ремня: Долговечность ремня: число пробегов ремня: для плоских ремней для клиновых ремней

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 8 10. 4. Детали ременных передач Резинотканевые плоские ремни Клиновые ремни нарезные послойные кордтканевые спирально корд шнуровые завернутые

11. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 11 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 11. 1. Преимущества, недостатки, области применения. 11. 2. Основные геометрические соотношения. 11. 3 Конструкции основных элементов цепных передач. 11. 4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 1. Преимущества, недостатки, области применения Цепную передачу относят к передачам зацеплением с гибкой связью.

11. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства: 1) могут передавать движение на значительные расстояния (до 8 м); 2) более компактны (по сравнению с ременными), 3) могут передавать большие мощности до до 100 к. Вт; 4) меньшие силы, действующие на валы значительно; 5) отсутствует проскальзывание; 6) могут передавать движение одной цепью нескольким звездочкам.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки: 1) значительный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление, особенно при малом числе зубьев и большом шаге; 2) сравнительно быстрый износ шарниров цепи (затруднен подвод смазки); 3) удлинение цепи из-за износа шарниров, что требует применения натяжных устройств.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Цепные передачи применяют в станках, транспортных машинах, горном оборудовании, подъёмно транспортных устройствах и т. д. при значительных межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи не применимы, а ременные передачи ненадежны. Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 к. Вт при окружных скоростях до 15 м/с (500 об/мин). Передаточное отношение цепной передачи

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ. Рекомендуют применять передачи с передаточным отношением до 7, допускают до 10… 14. Следует учитывать, что с увеличением передаточных отношений значительно возрастают габариты передачи. Потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и опорах валов. Среднее значение КПД цепной передачи достигает

11. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 2. Основные геометрические соотношения Основным параметром цепи является шаг t передачи. Он принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше: нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена цепи о зуб звёздочки в период набегания цепи на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи. Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условий долговечности цепи: где t – шаг цепи.

; МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Рекомендуют принимать нижние значения а для передач с передаточным отношением верхние значения а для передач у которых Число звеньев цепи W определяют в зависимости от межосевого расстояния, округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Диаметр делительной окружности звездочки dд =

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 3. Конструкция основных элементов цепной передачи Приводная цепь – главный элемент цепной передачи. Основные типы стандартизированных приводных цепей: втулочные, втулочно роликовые и зубчатые. Втулочные применяют при скоростях 2 м/с. Втулочно роликовые цепи имеют широкое распространение их применяют при скоростях 20 м/с. Ролик позволяет выравнивать давление зуба звездочки на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба. Они бывают одно, двух, трех и четырехрядными. Зубчатые цепи применяют при больших скоростях до 35 м/с.

11. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Зубчатая цепь Втулочно-роликовая цепь (Втулочная цепь) Звездочки во многом подобны зубчатым колесам. Профиль и размеры зубьев звездочки зависят от типа и размеров цепи. Для цепей все размеры звездочек стандартизованы. Зубья звездочек выполняют с выпуклым, прямолинейным и вогнутым профилем.

11. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач Стандартные цепи конструируют равнопрочными по напряжениям во всех деталях. Для большинства условий работы цепных передач основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. Поэтому основным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая износом шарниров. Долговечность приводных цепей по износу составляет 3… 5 тыс. часов работы.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ, МПа, Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки (z 1 = 19… 31). Среднее давление в шарнире цепи pц не должно превышать допускаемого для данного типа цепи pц = Кэ – коэффициент эксплуатации: Кэ = КД КС К Крег Кр.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Эскизная компоновка редуктора Цель эскизной компановки: 1. Определение расстояния между опорами валов и длин консольных участков валов; 2. Определение точек приложения сил, нагружающих валы; 3. Проверка не накладываются ли валы (зубчатые колеса) одной ступени редуктора на валы (зубчатые колеса) другой ступени; 4. Размещение внутри редуктора зубчатых колес всех ступеней так, чтобы получить минимальные внутренние размеры редуктора.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Исходные данные: 1. Размеры зубчатых цилиндрических, конических и червячных передач; 2. Диаметры валов после их предварительного определения. Размеры, необходимые для выполнения компоновки: 1. Длина и диаметр ступиц колес 1. Габаритные размеры подшипников качения; 2. Расстояние от внутренней поверхности стенки редуктора: до торцев зубчатых колес е = 8… 15 мм; углубление подшипников е 1 = 3… 5 мм; 3. Расстояние между торцами вращающихся деталей е 2 = 10… 15 мм;

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. Радиальный зазор между зубчатым колесом одной ступени и валом другой ступени (min) е 3 = 15… 20 мм; 5. Расстояние от торца подшипника до торца шкива (звездочки) s = 25… 35 мм.

МЕХАНИКА ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Модуль 3 Раздел 13 – ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ПОДШИПНИКИ МУФТЫ ЛЕКЦИЯ 12 ЛЕКЦИЯ 14 ЛЕКЦИЯ 15 ЛЕКЦИЯ 13

МЕХАНИКА 12. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ЛЕКЦИЯ 12 План: 12. 1. Общие сведения. 12. 2. Ориентировочный расчет валов. 12. 3. Проверочный расчет валов на статическую прочность

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 2 ВАЛЫ И ОСИ Ось поддерживает сидящие на Ось ней детали. При работе испытывает напряжения изгиба Оси бывают неподвижными и подвижными Вал поддерживает сидящие на нем детали и передает крутящий момент вдоль своей оси. При работе испытывает, напряжения от изгиба и кручения (иногда от растяжения-сжатия)

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 3 ВАЛЫ И ОСИ Классификация валов По геометрической форме оси прямые коленчатые гибкие По конструкции гладкие ступенчатые (фасонные) По типу сечения сплошные полые Материалы валов - углеродистые и легированные стали - без т/о: Ст. 5, Ст. 6, с то – стали 45, 40 Х; - для быстроходных валов: стали 20, 20 Х, 12 ХН 3 А.

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 4 ВАЛЫ И ОСИ Основными критериями работоспособности и расчета валов и осей является статическая и усталостная прочность. Расчет валов проводится в три этапа: 1 этап - Ориентировочный расчет 2 этап - Промежуточный или проверочный расчет 3 этап - Уточненный расчет или расчет на усталость

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 5 ВАЛЫ И ОСИ 1 этап - Ориентировочный расчет вала - это определение радиальных размеров исходя из прочности вала на кручение и особенностей конфигурации вала Минимальный диаметр вала из условия статической прочности на кручение:

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 5 ВАЛЫ И ОСИ 1 этап - Ориентировочный расчет вала Осевые размеры вала (расстояния между точками приложения нагрузок) из эскизной компановки механизма:

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 6 ВАЛЫ И ОСИ 2 этап - Промежуточный (проверочный) расчет валов - это расчет на статическую прочность с учетом совместного действия кручения и изгиба Øвал заменяют балкой на опорах-подшипниках, Øстроят эпюры изгибающих и крутящих моментов, Øнаходят эквивалентный момент в опасном сечении Øуточняют диаметр вала в этом сечении:

МЕХАНИКА 13. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ЛЕКЦИЯ 13 План: 13. 1. Уточненный расчет валов

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов (расчет вала на усталость) - это определение расчетных коэффициентов запаса усталостной прочности в опасном сечении Условие усталостной прочности вала Коэффициенты запаса усталостной прочности: при изгибе при кручении

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов При расчете принимают, что: - напряжения изгиба σ изменяются по симметричному циклу, - напряжения кручения τ - по отнулевому (пульсирующему) циклу. σ τ

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов С учетом механических характеристик материала вала определяют коэффициенты концентрации напряжений Кσ , К τ по виду напряжений концентраторов напряжений в опасных сечениях

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 1 План: 1. 1. Области применения подшипников скольжения. 1. 2. Конструкции и материалы подшипников скольжения. 1. 3. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения. 1. 4. Основные условия образования режима жидкостного трения.

14. 2 1. 1. Области применения подшипников скольжения 1) высокоскоростные подшипники; 2) подшипники прецизионных машин; 3) подшипники тяжелых валов (диаметром более 1 м); 4) разъемные подшипники, например, для коленчатых валов; 5) подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. д.); 6) подшипники, воспринимающие ударные и вибрационные нагрузки; 7) подшипники дешевых тихоходных механизмов и др.

14. 3 1. 2. Конструкции и материалы подшипников скольжения Основные элементы подшипника: вкладыш 1 корпус 2 Корпус и вкладыш могут быть разъемными или неразъемными

14. 4 1. 3. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения Основным критерием расчета подшипников скольжения является образование режима жидкостного трения. Одновременно жидкостного трения. обеспечиваются критерии по износу и заеданию. износу

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 2 План: 2. 1. Достоинства, недостатки и классификация подшипников качения. 2. 2. Виды разрушения подшипников качения. Критерии их работоспособности. 2. 3. Практический расчет (подбор) подшипников качения.

2. 1. Достоинства, недостатки и классификация подшипников качения Достоинства: § сравнительно малая стоимость; § высокая степень взаимозаменяемости; § малый расход смазки; § малые потери на трение и незначительный нагрев; §простота обслуживания и ухода. Недостатки: § высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам; § малая надежность в высокоскоростных приводах; § сравнительно большие радиальные размеры; § шум при больших скоростях.

14. 5 Классификация подшипников качения 1) по форме тел качения 3) по габаритам и нагрузочной шариковые; способности пять серий: способности роликовые; сверхлегкая, 2) по направлению особолегкая, воспринимаемой нагрузки легкая, радиальные; средняя, -упорные; тяжелая серия. - радиально упорные. 4) по классам точности: по классам точности 0 – нормального, 6 – повышенного, 5 высокого, 4 особо высокого, 2 сверх высокого.

14. 7 Конструктивные элементы подшипника качения Тело качения Наружное кольцо Сепаратор Внутреннее кольцо МАТЕРИАЛЫ Тела качения и кольца - высокопрочные шарикоподшипниковые стали ШX 15, ШХ 20 и др. (HRC 61… 66) Сепараторы - мягкая листовая сталь. Сепараторы высокоскоростных подшипников - бронзы, латуни, легкие сплавы или пластмассы

14. 8 2. 2. Виды разрушения подшипников качения. Критерии их работоспособности. Виды разрушения подшипников качения: - усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец; - пластические деформации на дорожках качения (вмятины); - задиры рабочих поверхностей качения; - абразивный износ; - разрушение сепараторов разрушения (основная причина потери работоспособности); - раскалывание колец и тел качения.

Критерии работоспособности подшипников качения: - долговечность и динамическая грузоподъемность по усталостному выкрашиванию для подшипников, вращающихся с угловой скоростью рад/с; - статическая грузоподъемность по пластическим деформациям для невращающихся или маловращающихся подшипников с угловой скоростью рад/с.

14. 9 2. 3. Практический расчет (подбор) подшипников качения Условие подбора Номинальная динамическая грузоподъемность Эквивалентная нагрузка на подшипник Номинальный срок службы в миллионах оборотов:

15. 1 МУФТЫ ЛЕКЦИЯ 14 План: 15. 1. Классификация муфт, назначение и методика их выбора

15. 3 МУФТЫ Муфты - это устройства, служащие для соединения валов и передачи крутящего момента. Дополнительное назначение муфт: Ø для выключения и включения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); муфты Ø для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты); муфты Ø для компенсации вредного влияния несоосности валов, связанной с неточностью монтажа (компенсирующие муфты); муфты Ø для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты) и т. д. муфты Основная паспортная характеристика муфт - крутящий момент, на передачу которого она рассчитана. Муфты подбирают по ГОСТу по расчётному крутящему моменту: Где - коэффициент режима работы муфты

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 4 МУФТЫ Классификация Муфты Не расцепляемые Неподвижные (глухие) Упругие Сцепные управляемые Подвижные компенсирующие Свободного хода (обгонные) Жесткие С разрушающимся элементом С металлическим упругим элементом Сцепные самодействующие С неметаллическим упругим элементом Центробежные Предохранительные С не разрушающимся элементом

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 5 МУФТЫ ГЛУХИЕ МУФТЫ Глухие муфты образуют жесткое и неподвижное соединение валов. К ним относятся втулочные и фланцевые муфты.

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 6 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ЖЕСТКИЕ Различают три вида отклонений от правильного взаимного расположения (несоосности) валов: Ø продольное смещение, Ø радиальное смещение или эксцентриситет Ø угловое смещение или перекос Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается: 1) за счет подвижности практически жестких деталей компенсирующие жесткие муфты; муфты 2) за счет деформации упругих деталей - упругие муфты

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 8 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УПРУГИЕ МУФТЫ - компенсируют несоосность валов; - устраняют резонансные колебания, изменяя жесткость системы - снижают величину кратковременных перегрузок узлов машины. Металлические упругие элементы 1) витые цилиндрические пружины 2) стержни или пакеты пластин 3) пакеты разрезных гильзовых пружин 4) змеевидные пружины

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 9 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УПРУГИЕ МУФТЫ Неметаллические упругие элементы Муфта с упругой оболочкой

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 10 МУФТЫ УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЛИ СЦЕПНЫЕ МУФТЫ 1) муфты, основанные на зацеплении (кулачковые и зубчатые); зубчатые 2) муфты, основанные на трении (фрикционные). фрикционные Кулачковая муфта Фрикционные муфты дисковая коническая

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 11 МУФТЫ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ИЛИ САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ МУФТЫ предназначены для автоматического разъединения валов в момент, когда параметры работы машины становятся недопустимыми 1) муфты предохранительные 2) центробежные муфты 3) муфты свободного хода Фрикционная роликовая муфта свободного хода

16. 2 СОЕДИНЕНИЯ Разъемные соединения РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕММОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ Неразъемные соединения СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ

16. 3 Разъемные соединения СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Классификация: В зависимости от формы резьбовой поверхности: цилиндрические и конические резьбы. В зависимости от формы профиля резьбы: треугольные, упорные, трапецеидальные, прямоугольные, круглые. В зависимости от направления винтовой линии резьбы: правые и левые В зависимости от числа заходов резьбы: однозаходные и многозаходные. В зависимости от назначения резьбы: крепежные, крепежно–уплотняющие, для передачи движения Основной критерий работоспособности – прочность нарезанной части стержня на растяжение

16. 5 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Соединения призматическими шпонками Основной критерий работоспособности шпоночных соединений - прочность на смятие и срез. Условие прочности на смятие Допускаемые напряжения смятия - [ см] = 60… 150 МПа Условие прочности на срез: Допускаемые напряжения среза [ ср] = 70… 100 МПа

16. 6 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ Наиболее распространены цилиндрические соединения, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности. Достоинства: простота конструкции, хорошее базирование соединяемых деталей; большая нагрузочная способность. Недостатки: сложность сборки и особенно разборки; рассеивание прочности соединения в связи с колебаниями размеров в пределах допусков Прочность соединения обеспечивают натягом, который образуется в выбранной посадке. Значение натяга определяется необходимым контактным давлением pm на посадочной поверхности соединяемых деталей

16. 7 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Классификация: 1) по взаимному расположению соединяемых элементов: соединения встык; внахлестку; втавр; угловые; 2) по способу сварки: соединения, выполненные дуговой сваркой металлическим электродом; контактной сваркой; 3) по направлению воспринимаемого швом усилия: соединения, выполненные лобовыми швами; фланговыми швами; комбинированными швами.

16. 8 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Стыковое соединение Тавровое соединение Соединение внахлестку Стыковые соединения проверяют на прочность при растяжении (сжатии) и изгибе. Соединения внахлестку рассчитывают на срез по наименьшей площади сечения, расположенного в биссекторной плоскости прямого угла поперечного сечения шва

МЕХАНИКА 17. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ЛЕКЦИЯ 17 План: 17. 1. Основные положения системы допусков и посадок 17. 2. Система допусков и посадок подшипников качения 17. 3. Посадки шпоночных соединений 17. 4. Допуски формы и расположения поверхностей

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 2 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМЫ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК Номинальный размер детали; Действительный размер детали Отверстие Вал Сопряженные детали Зазор Натяг Предельное верхнее отклонение Предельное нижнее отклонение Действительное отклонение Допуск размера Поле допуска Посадка

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 3 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Обозначение посадок: отклонение для отверстия Ø номинальный размер Ø отклонение для вала основное отклонение квалитет

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 4 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Обозначение посадок: Две системы образования посадок: посадок 1) система отверстия Ø 2) система вала Ø 19 квалитетов: в порядке понижения нормирования точности 0, 1; 0; 1; 2; 3; . . . ; 17 0, 1; 0; 1 - предназначены для оценки точности концевых мер; 2… 4 - калибров и особо точных изделий; 5… 13 для образования посадок; 14… 17 для свободных размеров

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 5 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Посадки с натягом: Поле допуска для тонкостенных деталей: Переходные посадки Посадки с зазором:

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 6 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Посадки подшипников качения Посадки шпоночных соединений Три типа шпоночных соединений: 1) свободное для паза на валу: для паза во втулке: 2) нормальное и соответственно 3) Плотное и соответственно

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 7 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Допуски формы и расположения поверхностей Виды погрешностей формы и расположения поверхностей: Пример обозначения отклонений формы и расположения поверхностей

17. 8 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Шероховатость поверхности Обозначение шероховатости: Виды знаков шероховатости: - вид обработки не устанавливается; - поверхность должна быть образована удалением слоя материала; - поверхность должна быть образована без удаления материала.

Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании.

Многие конструкторы считают, что экономически конструировать – значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Это только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется полезной отдачей машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период работы машины. Стоимость машины является только одной, не всегда главной, а иногда и очень незначительной составляющей этой суммы.

Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машины, и правильно оценивать относительное значение этих факторов. Это правило часто игнорируют. Стремясь к удешевлению продукции, конструктор нередко добивается экономии в одном направлении и не замечает других, гораздо более эффективных путей повышения экономичности. Более того, часто экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, нередко ведет к снижению суммарной экономичности машин.

Главными факторами, определяющими экономичность машины, являются полезная отдача машины, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии и стоимость ремонтов.

Рентабельность машины q выражается отношением полезной отдачи машины От за определенный период к сумме расходов Р за тот же период:

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости расходуемой энергии, материалов и заготовок, инструмента, оплаты труда операторов, технического обслуживания, ремонта, накладных цеховых и заводских расходов, амортизационных расходов.

Величина q должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно, и смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы строительной и дорожной машины (годовой доход)

(2)

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции, или в увеличении стоимости каждой единицы (повышение качества продукции, увеличение объема операции, выполняемых над заготовкой).

Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени зависит от полез­ной отдачи и долговечности машины. Эти факторы должны стоять в центре внимания при конструировании машин. Столь же большое значение имеет надежность, определяющая объем и стоимость ремонтов, производимых за время эксплуатации машин.

На практике расходы на ремонт могут превышать в некоторых случаях стоимость машины в несколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

В настоящее время назрела задача перехода на безремонтную эксплуатацию; под ним понимают: устранение капитальных ремонтов; устранение восстановительного ремонта и замена его комплектационным ремонтом, осуществляемым сменой износившихся деталей, узлов и агрегатов; устранение вынужденных ремонтов, вызванных по­ломкой и износом деталей, систематическим прове­дением планово-предупредительных ремонтов.

Из сказанного выше отнюдь не следует, что конструктор может ослабить внимание к зада­че уменьшения стоимости машины. Как было показано, роль фактора стоимости зависит от категории машины и может быть значи­тельным у машин с малыми энергопотреблением и расходами на труд, а также у машин с относительно небольшим сроком службы. Необходимо только правильно оценивать значение этого фактора среди других факторов повышения экономичности и уметь поступиться им в случае, когда уменьшение стоимости вступает в противоречие с требованиями уве­личения полезной отдачи, долговечности и надежности.

Решение всех перечисленных выше задач следует положить в основу деятельности конструктора, который должен, во-первых, задавать тон в политике машиностроения, во-вторых, создавать конструкции, обеспечивающие увеличение экономической эффективности машины, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение стоимости машиностроительной продукции в целом.

Увеличение долговечности, как способ повышения численности машинного парка, объема продукции и энергонасыщенности народного хозяйства, несравненно выгоднее, чем простое увеличение выпуска машин, не сопровождае­мое повышением их долговечности.

Увеличение выпуска машин требует введения новых предприятий, расширения площадей и оборудования существующих предприятий или (способ экономически наиболее целесообразный) увеличения съема продукции с существующего оборудования путем интенсификации производственного процесса. В первом и втором случаях возрастают расходы на изготовление машин. Во всех случаях возрастают эксплуатационные расходы вследствие увеличения числа действующих машин.

Увеличение отдачи и долговечности машин, как правило, сопровождается относительно небольшим повышением стоимости машин и вместе с тем в связи с сокращением числа действующих машин уменьшает эксплуатационные расходы.

Однако увеличение годового выпуска машин еще не означает увеличения численности действующих машин и объема выпуска промышленной продукции. Возрастание годового производства машин характеризует рост экономики только в том случае, если оно сопровождается объективными данными о долговечности и качестве выпускаемых машин. Эти данные могут означать: прогресс, если долговечность машин сохраняется на постоянном уровне или повышается: застой, если долговечность снижается в такой же пропорции, в какой возрастает выпуск; регресс, если долговечность машин падает более существен­но, чем возрастает их выпуск.

Долговечность и техническое устаревание.

Повышение долговечности тесно связано с проблемой технического устаревания (морального износа) машин. Устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность в силу повышения требований или появления более совер­шенных машин.

Признаками устаревания являются пониженные по сравнению со средним уровнем показатели надежности, качества продукции, точности операций, производительности, расхода энергии, стоимости труда, обслуживания и ремонтов и как общий результат – пониженная рентабельность машины. Главным последствием устаревания является снижение роста производительности на единицу рабочей силы, являющегося основным показателем экономического прогресса.

Наиболее действенное средство предупреждения устаревания – повышение степени использования машины в эксплуатации. Чем в более короткий срок машина отрабатывает заложенный в нее ресурс долговечности, т. е. чем ближе срок службы к долговечности, тем меньше вероятность ее устаревания. Сокращение срока службы до 3 – 4 лет практически гарантирует машину от устаревания.

Задача снижения срока службы при неизменной долговечности сводится к всемерной интенсификации использования машин.

Основные конструктивные предпосылки интенсификации: универсализация, т. е. расширение диапазона выполняемых машиной операций, обеспечивающее устойчивую загрузку машины; повышение надежности машин, приводящее к сокращению аварийных и ремонтных простоев.

Степень использования машин непериодического действия, например сезонных машин, можно повысить с помощью сменного, прицепного и навесного оборудования, способствующего увеличению продолжительности их работы в году.

Быстрота и степень устаревания зависят от масштаба и технического уровня производства. На предприятиях, ускоренно наращивающих темпы производства и непрерывно совершенствующих технологический процесс, машины устаревают гораздо скорее, чем на средних и мелких предприятиях, развивающихся медленнее.

Машины, устаревшие в условиях передового производства, можно использовать на менее ответственных участках или на предприятиях меньших масштабов и с меньшей машинной оснащенностью.

Важно, что они будут продолжать производство продукции до полного исчерпания механического ресурса. Пусть даже с рентабельностью, несколько пониженной по сравнению со средней народнохозяйственной.

Эксплуатационная надежность

Надежность машины складывается из следующих признаков: высокая долговечность, безотказность действия, безаварийность, стабильность действия (способность длительно работать без снижения исходных параметров и выдерживать перегрузки), малый объем операций обслуживания и ухода, простота обслуживания, живучесть (способность при частичных повреждениях продолжать некоторое время работу, хотя бы на сниженных режимах), устранимость повреждений (сохранение ремонтопригодности), большие межремонтные сроки, малый объем ремонтных работ.

Пути повышения надежности. Надежность машин в первую очередь определяется прочностью и жесткостью конструкции.

Безаварийность работы и длительность межремонтных сроков во многом зависит от правильности эксплуатации, бережного отношения к машине, тщательного ухода, своевременной профилактики, предотвращения перегрузок. При этом условия правильной эксплуатации машины должны быть заложены в ее конструкции. Необходимо обеспечить надежную работу даже в условиях недостаточно квалифицированного обслуживания. Если машина портится в неумелых руках, это значит, что конструкция недостаточно продумана в отношении ее надежности.

Субъективный фактор в обслуживании и управлении машиной следует по возможности исключать, а операции ухода сводить к минимуму.

Устранению подлежат периодические операции регулирования, подтяжки, смазки и т. п.. которые при недостаточно внимательном обслуживании могут стать причиной повышенного износа и преждевременного выхода машины из строя.

Например, в двигателях внутреннего сгорания регулирование зазоров в клапанном механизме можно устранить введением автоматических компенсаторов износа и тепловых расширений (гидравлического или иного типа). Это не только упрощает уход; обеспечивая практически беззазорную работу клапанного механизма, компенсаторы вместе с тем существенно повышают его долговечность.

Устранима периодическая подтяжка коренных и шатунных подшипников коленчатого вала двигателей. Современное состояние смазочной техники позволяет создать подшипники, работающие практически неограниченное время при минимальном износе. Периодическая подтяжка ослабевающих в эксплуатации гаек и болтов устранима применением современных самоконтрящихся конструкций резьбовых соединений.

Существенно усложняет эксплуатацию машин нерациональная система смазки, требую­щая постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала. Периодической смазки следует, безусловно, избегать. Если этого сделать нельзя по конструктивным условиям, то необходимо применять самосмазывающиеся опоры или вводить систему централизованной подачи смазочного материала ко всем трущимся узлам с одного поста.

Наилучшее решение с точки зрения надежности и удобства эксплуатации – это полностью автоматизированная система смазки, не требующая периодической смены масла. Это достижимо, если предусмотреть меры, противодействующие окислению и тепловому перерождению масла иобеспечивающие непрерывную очистку и регенерацию масла.

В системы смазки необходимо вводить аварийные устройства, обеспечивающие подачу масла, хотя бы в минимальных количествах, при выходе из строя главной системы.

Одним из приемов увеличения эксплуатационной надежности является дублирование обслуживающих устройств, в работе которых чаще всего случаются перебои. Примером может служить дублирование системы зажигания бензиновых двигателей, а также систем автоматического управления. В тех случаях, когда требуется полная безотказность действия, от которой зависит жизнь людей (космические корабли), применяют многократное дублирование систем управления.

В комплексе мероприятий, обеспечивающих эксплуатационную надежность машины, большую роль играет автоматическая защита от случайных или преднамеренных перегрузок предохранительными устройствами, работающими на стерегущем режиме и вступающими в действие при перегрузке машины.

Наиболее целесообразна полная автоматизация управления, т.е. превращение машины в самообслуживающийся, саморегулирующийся и самонастраивающийся на оптимальный режим работы агрегат.

Примером являются самопереключающиеся коробки передач и трансмиссии автомобиля с бесступенчатым регулированием передаточного отношения от двигателя к ходовому механизму. Система автоматически устанавливает оптимальное передаточное отношение для данных условий езды, профиля и состояния дороги, что увеличивает экономичность и улучшает технический ресурс.

Высокой надежности машин можно достичь только комплексом конструктивных, технологических и организационно-технических мероприятий. Повышение надежности требует длительной, повседневной, скрупулезной, целенаправленной совместной работы конструкторов, технологов, металлургов, экспериментаторов и производственников, ведущейся по тщательно разработанному и последовательно осуществляемому плану.

Непременным условием выпуска качественной продукции является прогрессивная технология изготовления, высокая культура производства, строгое соблюдение технологического режима и тщательный контроль продукции на всех стадиях изготовления, начиная с операций изготовления деталей и кончая сборкой изделия.

Наибольшие трудности представляет объективная оценка показателей надежности и стоимости эксплуатации. Эти показатели можно достоверно выяснить только через длительный промежуток времени, притом на продукции, вышедшей за стены завода-изготовителя и разбросанной в различных, порой отдаленных местах эксплуатации.

В этих условиях приобретают важное значение методы ускоренного определения долговечности деталей, узлов, агрегатов и машины в целом. Большую помощь могут оказать лаборатории долговечности для систематического ресурсного испытания продукции.

Следует шире применять метод моделирования эксплуатационных условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машины на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина осуществляет в сжатые сроки цикл, который при нормальной ее работ те длится несколько лет. Испытания проводят до наступления предельного износа или даже до полного или частичного разрушения машины, периодически их приостанавливая для замера износов, регистрации состояния деталей и определения признаков приближения аварии.

Подобные жесткие испытания позволяют обнаружить недостатки конструкции и принять меры к их устранению. Ускоренные испытания дают также достаточно надежный исходный материал для оценки реальной долговечности машины.

Доводка машин в эксплуатации. В целях создания надежных машин необходимо тщательно изучать опыт эксплуатации. Работа конструкторских организаций над машиной не должна заканчиваться государственными испытаниями опытного образца и сдачей машины в серийное производство.

Доводка машины по существу начинается только после ввода ее в эксплуатацию. Эксплуатационная проверка лучше всего позволяет обнаружить и устранить слабые места конструкции.

Недостатки машины особенно наглядно выясняются при ремонте. Поэтому обязательна тесная и непрерывная связь конструктора с ремонтными предприятиями. Заводам-изготовителям массовой и крупносерийной продукции полезно иметь собственные ремонтные подразделения как лаборатории изучения машин и школы конструирования.

При изучении дефектов следует различать случайные дефекты и систематические. Случайные дефекты обычно обусловлены неудовлетворительным контролем и недостаточной технологической дисциплиной на заводе-изготовителе. Систематические дефекты свидетель­ствуют о неудовлетворительной конструкции машины и требуют незамедлительного внесения исправлений в выпускаемые машины.

Стоимость машины. Снижение стоимости машиностроительной продукции представляет комплексную задачу: производственную и конструкторскую. Основную роль играет рационализация производства (механизация и автоматизация производственных процессов, концентрация технологических операций, специализация заводов, производственное коопе­рирование и др.).

Большое значение имеет уменьшение числа типоразмеров машины рациональным выбором типажа и ее параметров, что позволяет повысить серийность производства с выигрышем в стоимости изготовления. Это тоже конструкторская задача.

Важно обеспечить технологичность конструкции. Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее экономичное, быстрое и производительное изготовление машин с применением прогрессивных методов обработки при одновременном повышении качества, точности и взаимозаменяемости частей.

В понятие технологичности следует ввести также признаки, обеспечивающие наиболее производительную сборку изделия (технологичность сборки) и наиболее удобный и экономичный ремонт (технологичность ремонта).

Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Единичное и мелкосерийное производство предъявляют к технологичности одни требования, крупносерийное и массовое – другие. Признаки технологичности специфичны для деталей различных групп изготовления.

Большой экономический эффект дают унификация и стандартизация деталей, узлов и агрегатов.

Унификация. Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин.

Унификация оригинальных деталей и узлов может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней (заимствование деталей с иных машин данного или смежного завода).

Наибольший экономический эффект дает заимствование деталей и агрегатов серийно изготовляемых машин, когда детали и агрегаты можно получить в готовом виде. Заимствование деталей машин единичного производства, машин, снятых или подлежащих снятию с производства, а также находящихся в производстве на предприятиях других ведомств, когда получение деталей невозможно или затруднительно, имеет только одну положительную сторону: проверенность деталей опытом эксплуатации. Во многих случаях и это оправдывает унификацию.

Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепежных деталей, подшипников качения и других стандартных деталей облегчает снабжение завода-изготовителя и ремонтных предприятий материалами, стандартными покупными изделиями.

Стандартизация. Стандартизация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.

Почти в каждой специализированной проектной организации стандартизируют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и при целесообразной конструкции стандартных деталей способствует увеличению надежности машин.

Стандартизация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типораз­меров стандартов, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском ограничителей, содержащих минимум стандартов, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.

Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления стандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.

Применение стандартов не должно стеснять творческую инициативу конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений. При конструировании машин не следует останавливаться перед применением новых решений в областях, охватываемых стандартами, если эти решения имеют явное преимущество.

Образование производных машин на базе унификации

Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т. д. или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск другой продукции.

В настоящее время существует несколько направлений решения этой задачи. Не все они являются универсальными. В большинстве случаев каждый метод применим только к определенным категориям машин, причем их экономический эффект различен.

Секционирование

Метод секционирования заключается в разделении машины на одинаковые секции и образовании производных машин набором унифицированных секций.

Секционированию хорошо поддаются многие виды подъемно-транспортных устройств (ленточные, скребковые, цепные конвейеры). Секционирование в данном случае сводится к построению каркаса машин из секций и составлению машин различной длины с новым несущим полотном. Особенно просто секционируются машины со звеньевым несущим полотном (ковшовые элеваторы, пластинчатые конвейеры с полотном на основе втулочных роликовых цепей), у которых длину полотна можно изменять изъятием или добавлением звеньев.

Экономичность образования машин этим способом мало страдает от введения отдельных нестандартных секций, которые могут понадобиться для приспособления длины машины к местным условиям.

Секционированию поддаются также дисковые фильтры, пластинчатые теплообменники, центробежные, вихревые и аксиальные гидравлические насосы. В последнем случае набором секций можно получить ряд многоступенчатых насосов различного напора, унифицированных по основным рабочим органам.

В.В. Коробков

Детали машин
и основы конструирования
(Курс лекций)

Новосибирск

УДК 621.81

Правообладатели

Автором настоящего учебного пособия является доцент кафедры общетехнических дисциплин НВВКУ, служащий РА В.В. Коробков, инженер-механик, к.т.н., доцент, бронзовый медалист ВДНХ СССР, изобретатель СССР.

Мультимедиа продукт «Детали машин и основы конструирования» © 2006, созданный Новосибирским высшим военным командным училищем (военным институтом), г. Новосибирск, защищен российским и международным законодательством в области авторских прав и интеллектуальной собственности.

Не допускается копировать с коммерческой целью настоящий мультимедийный продукт или какие-либо его части, продавать, сдавать в аренду или в прокат, перепроектировать, перекомпилировать, дизассемблировать, изменять, дополнять и модифицировать, а также создавать производные продукта без письменного согласия правообладателей.

Инструкция

1. 
   Для выбора отдельной лекции подвести курсор снизу к её цветному названию в Содержании (стр. 3) и, удерживая клавишу (при этом курсор примет форму руки с вытянутым указательным пальцем), нажать левую клавишу мыши.
2. 
   В конце каждой лекции, после списка контрольных вопросов, имеется значок <  >, нажатие на который аналогично предыдущему возвращает Вас на страницу « с одержание».
3. 
   Передвижение по тексту внутри лекции осуществляется обычным для редактора Word способом (скроллинг с правой стороны страницы; клавиши < Page Up > и < Page Down >; <  > и <  >).

^

Предисловие

Тема 1. Общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. Общие сведения о деталях машин

Тема 2. Механические передачи

Лекция № 2. Ремённые передачи

^

Лекция № 3. Цепные передачи

Лекция № 4. Общие сведения о зубчатых передачах

Лекция № 5. Цилиндрические и конические зубчатые передачи

Лекция № 6. Червячные передачи

^

Лекция № 7. Червячные передачи (продолжение)

Лекция № 8. Планетарные и волновые передачи

Тема 3. Валы и подшипники

Лекция № 9. Валы и оси

Лекция № 10. Подшипники скольжения

Лекция № 11. Подшипники качения

^

Тема 4. Соединения деталей

Лекция № 12. Неразъёмные соединения

Лекция № 13. Резьбовые соединения

Лекция № 14. Разъёмные соединения
для передачи крутящего момента

^

Тема 5. Корпусные детали механизмов,
смазочные и уплотняющие устройства

Лекция № 15. Корпусные детали,
смазочные и уплотняющие устройства

Тема 6. Муфты механических приводов

Лекция № 16. Механические муфты

Тема 7. Упругие элементы машин

^

Лекция № 17. Упругие элементы машин

Приложение 1. Основные понятия о допусках и посадках

Приложение 2. Система отверстия (Поля допусков)

Предисловие

Настоящее издание курса лекций представляет собой учебное пособие по учебному курсу «Детали машин и основы конструирования», читаемому в Новосибирском высшем военном командном училище (военном институте)  НВВКУ.

Курс лекций нацелен на формирование базовых знаний, необходимых курсантам для успешного последующего изучения многоцелевых гусеничных и колесных машин, их конструкции и рабочих процессов, происходящих в них при обычных и экстремальных условиях. В свою очередь, Курс лекций базируется на знаниях, полученных курсантами при изучении естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин: высшей математики, физики, теоретической механики, теории механизмов и машин, инженерной графики, сопротивления материалов, материаловедения, а также общего устройства боевых машин и принципов работы основных систем, механизмов и узлов.

Учебное пособие имеет в основном военно-прикладную направленность. При изложении учебного материала даются ссылки на примеры применения изучаемых типовых изделий в многоцелевых гусеничных и колесных машинах, средствах технического обслуживания и паркового оборудования.

В лекциях изложена основная часть теоретического материала. Они отражают состояние вопроса в целом, содержат классификацию и обобщения, систематизирующие знания обучаемых, а также включают конкретные сведения и указания, направленные на решение практических задач. Расчётная часть максимально приспособлена к использованию современных вычислительных средств, табличные данные в основном заменены эмпирическими регрессионными формулами, имеющими высокую степень корреляции (как правило не ниже 0,9) и легко решаемыми с применением инженерных калькуляторов. Из выводов расчетных зависимостей исключены громоздкие математические преобразования, а расчетные схемы и формулы представлены в виде, удобном для вычислений. Основное внимание обращается на физический смысл и размерность входящих в зависимость величин, а также на выбор основных параметров и расчетных коэффициентов.


^

Тема 1. общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. общие сведения о деталях машин

Вопросы, изложенные в лекции:

1. 
   
2. 
   Общие сведения о деталях машин. Требования к деталям машин.
3. 
   
4. 
   

Предмет и дисциплина «Детали машин».
^ Детали машин - прикладная научная дисциплина, изучающая общеинженерные методы проектирования (расчета и конструирования) элементов машин и механизмов. Изучение машин и их проектирование базируется на известных фундаментальных законах природы.

Курс « д етали машин и основы конструирования» является заверша-ющим в общеинженерной подготовке курсантов высших общевойсковых и танковых командных институтов.

Цель курса - создать теоретическую базу для последующего изучения конструкции многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ), их эксплуатации и ремонта с учетом критериев работоспособности, надежно-сти и технологичности.

Задача курса - изучение типовых конструкций элементов механизмов общепромышленного и военного применения, основных принципов их ра-боты и методов проектирования, включая расчет параметров и конструк-тивные особенности. В результате изучения дисциплины курсанты должны:

^ Иметь представление:

о принципах проектирования деталей и узлов боевых машин и авто-мобилей;

о влиянии материалов и технологичности конструкций на эффектив-ность и эксплуатационные качества БМП и БТР.

Знать:

характерные виды разрушения и основные критерии работоспособ-ности узлов и агрегатов БМП и БТР.

Уметь:

производить оценку работоспособности механизмов бронетанкового вооружения, выполнять расчеты при проектировании типовых деталей и узлов ВВТ;

оценивать достоинства и недостатки конструкции узлов и агрега-тов боевых машин;

конструировать узлы и агрегаты боевых машин.

Внимательный анализ состава самых различных машин (транспорт-ных, военных, сельскохозяйственных, технологических и т.п.) показывает, что все они включают значительное количество однотипных деталей узлов и механизмов. По этой причине курс деталей машин посвящен изучению наиболее общих элементов машин, способов их расчета и конструирования. Это, в свою очередь, обусловливает важность данного курса не только в свете прикладного применения, но также и с точки зрения развития техни-ческой культуры будущего офицера, поскольку техническая культура - это одна из многочисленных граней общечеловеческой культуры.

Объем курса составляет 180 часов; из них учебных занятий с преподавателем (аудиторных) 116 часов - лекций 32 часа, практических, лабораторных и самостоятельных занятий под руководством преподавателя 84 часа, включая 36 часов курсового проектирования.

Литература для изучения:

1. 
   Детали машин и подъемное оборудование: Учеб. пособие для выс-ших общевойсковых и танковых училищ /Мельников Г.И., Леоненок Ю.В. и др. - М.: Воениздат, 1980. - 376 с.
2. 
   Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. пособие для студентов втузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1982.- 351 с.
3. 
   Куклин Н.Г. и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. – 5-е изд., перераб. и допол. – М.: Илекса, 1999.- 392 с.
4. 
   Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с.
5. 
   Соловьев В.И. и др. Курсовое проектирование деталей машин. Методич. рекомендации / В.И. Соловьев, В.В. Коробков, Л.П. Соловьева, И.С. Кацман. изд. 2-е. - Новосибирск: НВОКУ, 1995. - 151 с.
6. 
   Соловьева Л.П., Соловьев В.И. Курсовое проектирование деталей машин: Учебно-справ. пособие. - Новосибирск: НВОКУ, 1994. - 56 с.
7. 
   Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1991. - 432 с.

Общие сведения о деталях машин. Требования к
деталям машин.
Основные определения.

^ Машина (от латинского machina ) - механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации.

Основное назначение машин - частичная или полная замена производ-ственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энерге-тические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego - присоединяю)- укрупненный унифи-цированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топли-воподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполня-ющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм - искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел.

Прибор - устройство, предназначенное для измерений, производ-ственного контроля, управления, регулирования и других функций, связан-ных с получением, преобразованием и передачей информации.

^ Сборочная единица (узел) - изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собира-ются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии). Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь - наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла.

Сборочные единицы (узлы) и детали делятся на узлы и детали общего и специального назначения.

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве совре-менных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шай-бы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Именно такие детали изу-чаются в курсе деталей машин.

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и при-боров (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответ-ствующих специальных курсах (например, таких как "Теория и конструкция ДВС", "Конструкция и расчет гусеничных машин" и др.).

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологи-ческих 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 изго-товлении 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:

1.Корпусные детали, предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприят-ных 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.

2. Соединительные для разъемного и неразъемного соединения (на-пример, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

3. Передаточные механизмы и детали, предназначенные для пере-дачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (испол-нительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.

В курсе деталей машин рассматриваются в основном передачи вращательного движения: фрикционные, зубчатые, ременные, цепные и т.п. Эти передачи содержат большое число деталей вращения: валы, шкивы, зубчатые колеса и т.п.

Иногда возникает необходимость передавать энергию и движение с преобразованием последнего. В этом случае используются кулачковые и рычажные механизмы.

4. Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибра-ции или для накопления энергии с целью последующего совершения меха-нической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

5. Инерционные детали и элементы предназначены для предотвра-щения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движе-ниях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (ма-ховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

6. Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внут-ренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пы-левики, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

7. 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.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, явля-ются требования работоспособности и надежности . К деталям, непосред-ственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности .

Работоспособность и надежность изделий.
Работоспособность - состояние изделия, при котором в данный момент времени его ос-новные параметры находятся в пределах, уста-новленных требованиями нормативно-технической документации и необходимых для выполнения его функциональной задачи .

Работоспособность количественно оценивается следующими показа-телями:

1 . Прочность - способность детали выдерживать заданные нагрузки в течение заданного срока без нарушения работоспособности.

2. Жесткость - способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров.

3. Износостойкость - способность детали сопротивляться изнаши-ванию.

4. Стойкость к специальным воздействиям - способность детали сохранять работоспособное состояние при проявлении специальных воз-действий (теплостойкость, вибростойкость, радиационная стойкость, кор-розионная стойкость и т.п.).

Неработоспособное состояние наступает вследствие отказа.

Отказ - событие, нарушающее работоспособность. Отказы делятся на постепенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неустра-нимые.

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сох-раняя свои показатели в пределах, установленных требованиями норма-тивно-технической документации, при соблюдении заданных условий ис-пользования, обслуживания, ремонта и транспортирования .

Свойство надежности количественно оценивается следующими пока-зателями: наработкой на отказ (среднее время работы изделия между двумя, соседними по времени отказами), коэффициентом готовности или коэффициентом технического использования (отношение времени работы изделия к сумме времен работы, обслуживания и ремонта в течение задан-ного срока эксплуатации), вероятностью безотказной работы и некото-рыми другими.

Проектирование и расчет типовых изделий.
Проектирование изделия – разработ-ка комплекта документации, необходимой для его изготовления, наладки и эксплуата-ции в заданных условиях и в течение заданного срока.

Такой комплект технической документации включает:

1. Комплект конструкторской документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД).

2. Комплект технологической документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСТД).

3. Комплект эксплуатационной документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД). Последний включает формуляры, техни-ческие описания, инструкции по эксплуатации, инструкции по техничес-кому обслуживанию, плакаты, макеты и т.п.

4. Комплект ремонтной документации - ремонтные карты, ремонтно-технологические документы и т.п.

При проектировании решаются следующие основные задачи:

1. Обеспечение заданных параметров изделия для работы в заданных условиях.

2. Обеспечение минимальных затрат на производство заданного коли-чества изделий при сохранении заданных эксплуатационных параметров для каждого выпущенного изделия.

3. Сведение к минимуму эксплуатационных затрат при сохранении заданных эксплуатационных параметров изделия.

При решении каждой из основных задач приходится находить реше-ние целого ряда частных задач на разных этапах проектирования. При этом различные требования к изделию зачастую вступают в противоречие между собой. Искусство конструктора как раз и состоит в том, чтобы принять решение, максимизирующее положительный эффект от разрабатываемого изделия.

Процесс проектирования изделия состоит из многих этапов (состав-ление технического задания, расчет, конструирование, изготовление и испытание опытных образцов, разработка технологической документации, разработка эксплуатационной документации и т.п.), одними из главных среди которых являются расчет и конструирование.

В машиностроении основным является расчет деталей на прочность, который обычно выполняется в двух вариантах: 1) проектный расчет , и 2) проверочный расчет .

Целью проектного расчета является установление необходимых раз-меров узлов и деталей, соответствующих заданным нагрузкам и условиям работы. В этом случае расчет выполняется исходя из основного условия прочности:

p <[ p ] , (1.1)

где р - наиболее опасные напряжения (нормальные, изгибающие, касательные или контактные) из действующих в детали, а [р] - напряжения того же вида, допускаемые для материала, из которого планируется изготав-ливать деталь. Допускаемые напряжения для материала детали определяют как результат деления предельных для данного материала напряжений на выбранный (или заданный нормативной документацией) коэффициент запаса прочности:

, (1.2)

где под предельным напряжением p l в зависимости от условий работы детали понимается чаще всего либо предел прочности р в ( в или  в ), либо предел текучести р т (  т или  т ), либо предел выносливости р r (  r или  r ); в частном случае это может быть предел выносливости при симметричном цикле нагружения р -1 (  -1 или  -1 ). При этом допускаемый коэффициент запаса назначается либо нормативными документами (международные и государственные стандарты, ведомственные нормали и правила), либо из условия безотказной работы изделия в течение заданного нормативного срока его эксплуатации (указывается в техническом задании на разрабатываемое изделие).

Проверочный расчет в зависимости от поставленной задачи обычно выполняется в одном из двух вариантов: 1) определение предельно допустимых параметров (нагрузки, деформации, температуры нагрева и т.п.) в критической ситуации или 2) определение параметров, явившихся причиной разрушения детали, в процессе экспертизы аварий и катстроф. Проверочный расчет выполняется, исходя из условия

, (1.3)

где p – действующий параметр; p n – предельный параметр. Или же при проверочном расчете определяется действующий (фактический) коэффициент запаса по проверяемому параметру:

(1.4)

Для нормально работающей детали величина нормативного и фактического коэффициентов запаса обычно больше единицы, а фактический коэффициент запаса по величине больше нормативного.

В первой части лекции кратко очерчен круг вопросов, исследуемых прикладной научной дисциплиной «Детали машин», представлены объем, цели и задачи учебного курса « д

Во второй ее части определены основные элементы машин, изложены главные требования к ним и даны основные понятия и определения, касающиеся эксплуатационных качеств изделий (машин, механизмов и приборов).

Третья часть лекции раскрывает смысл и содержание понятия «проектирование». Здесь же представлены базовые положения расчета типовых изделий.

Материал настоящей лекции служит основой при изучении всех последующих разделов курса « д етали машин и основы конструирования».

Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Каков круг вопросов, исследуемых научной дисциплиной «Детали машин»?
2. 
   Почему эту дисциплину называют прикладной научной дисциплиной?
3. 
   Что изучается в курсе «Детали машин и основы конструирования»?
4. 
   Что понимается в деталях машин под термином «машина», в чем ее назначение?
5. 
   Какие виды машин Вы можете назвать в зависимости от их функционального назначения?
6. 
   Какие элементы машин вы знаете?
7. 
   В чем разница между механизмом и прибором?
8. 
   Может ли быть агрегат механизмом или механизм агрегатом? В чем заключается разница между ними?
9. 
   Чем отличается сборочная единица от механизма и агрегата?
10. 
    Назовите основные отличительные особенности детали. Приведите примеры.
11. 
    Назовите основные отличительные особенности агрегата. Приведите примеры.
12. 
    Какие функции могут выполнять узлы и детали в машине?
13. 
    Какие основные требования, предъявляемые к элементам машин?
14. 
    Что понимается под термином «работоспособность»? Какими показателями она характеризуется?
15. 
    Какое событие нарушает работоспособность?
16. 
    Что понимается под термином «надежность»? Какими показателями она характеризуется?
17. 
    Что понимается под термином «проектирование изделия»?
18. 
    Наличие каких комплектов документации позволяет утверждать, что проектирование изделия выполнено полностью?
19. 
    Какие основные задачи решаются в процессе проектирования?
20. 
    Назовите главный вид расчета деталей, выполняемый в процессе проектирования?
21. 
    В чем разница между проектным и проверочным расчетом? Какие критерии используются при этих видах расчета?

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей

1-08 01 01, 1-36 01 08, 1-36 05 01, 1-36 06 01, 1-36 07 01, 1-43 01 06, 1-46 01 01, 1-46 01 02, 1-47 02 01, 1-48 01 01, 1-48 01 02, 1-48 01 04,

1-48 01 05, 1-48 02 01, 1-57 01 01, 1-57 01 03

очной и заочной форм обучения

УДК 621.80076.50 ББК 34.441

Составители:

доцент А.Ф. Дулевич, ассистент С.А. Осоко, ассистент А.М. Лось, доцент Ф.Ф. Царук, доцент С.Е. Бельский

Рецензенты:

Доктор техн. наук, заведующий кафедрой «Сопротивление материалов и деталей машин» БГАТУ А.Н. Орда;

кандидат техн. наук, доцент кафедры метрологии и стандартизации БГУИР А.Г. Архипенко;

Детали машин и основы конструирования: Учеб. пособие по курсовому проек-

1-48 01 02, 1-48 01 04, 1-48 01 05, 1-48 02 01, 1-57 01 01, 1-57 01 03 оч. и заоч.

форм обучения /Сост. А.Ф. Дулевич и др. – Мн.: БГТУ, 2005. – 160 с.

ISBN 985-434-297-2.

В пособии излагаются методики и последовательность кинематического и силового расчета привода, проектного и проверочного расчета основных механических передач, валов, подшипников и шпоночных соединений, вопросы выбора конструкций основных элементов редуктора и нормирования точности геометрических параметров деталей и их сопряжений, а также основные требования к оформлению конструкторской документации курсового проекта.

УДК 621.80076.50ББК 34.441

ВВЕДЕНИЕ

Для развития навыков проектирования и приложения теоретических знаний предпочтительны объекты, которые не только широко распространены и имеют большое практическое значение, но

и не подвержены в обозримом будущем моральному старению. Этими свойствами в полной мере обладают объекты, изучаемые в курсе «Детали машин и основы конструирования», они также присущи всем современным машинам, механизмам, приборам, эксплуатирующимся в любых условиях – от глубин океана до космоса.

Курс «Детали машин и основы конструирования» является общетехнической дисциплиной, которую изучает большое количество студентов высших учебных заведений.

Обучение методике конструирования механических приводов технологического оборудования, а также деталей и сборочных единиц, встречающихся в большинстве машин, невозможно без изучения чертежей существующих конструкций, узлов и деталей.

Это пособие в систематизированном виде содержит наиболее распространенные типовые конструкции соединений узлов и деталей машин, что позволит студентам успешно выполнить графическую часть курсовых и дипломных проектов.

Материал в пособии представлен в том порядке, в котором он изучается в учебных дисциплинах по учебному плану. В качестве иллюстраций приведены, по возможности, простые схемы, содержащие основные черты конструкции и позволяющие понять условия работы

и расчета деталей. Конструкцию деталей студенты дополнительно изучают на лабораторных занятиях и при курсовом проектировании.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1.1. Цели и задачи проектирования

Целью выполнения курсового проекта (КП) является приобретение первых инженерных навыков по расчету и конструированию типовых механизмов, узлов и отдельных деталей машин, на основе ранее полученных теоретических знаний по общеобразовательным и общетехническим дисциплинам.

Основными задачами курсового проекта являются:

ознакомление с научно-технической литературой по теме курсового проекта;

изучение известных аналогичных машин и механизмов с анализом их достоинств и недостатков;

выбор оптимального варианта конструкции с учетом требований технического задания;

выбор материала и выполнение необходимых проектных и проверочных расчетов с целью обеспечения технических характеристик проектируемого объекта;

выбор и обоснование необходимой точности изготовления деталей и узлов, шероховатости поверхностей, допусков и посадок размеров, форм и расположения;

выполнение графической части КП в соответствии с требованиями ЕСКД.

1.2. Основные этапы разработки конструкторской документации

В соответствии с требованиями ГОСТ 2.103 «Стадии разработки» предусмотрены следующие этапы разработки конструкторской документации:

техническое задание;

техническое предложение;

эскизный проект;

технический проект;

рабочая конструкторская документация.

Техническое задание (ТЗ) выдается заказчиком.

Техническое предложение (ТП) разрабатывается на основании ТЗ исполнителем по согласованию с заказчиком и в него входит: со-

вокупность документов по обоснованию технической и техникоэкономической целесообразности разработки изделия с учетом требований ТЗ. ТП утверждается заказчиком исполнителем.

Эскизный проект предполагает разработку комплекса документации, дающей общее представление о конструкции и принципе работы устройства в целом и техническом решении его отдельных деталей и узлов. Эскизный проект является основой для дальнейшей разработки технического проекта и рабочей конструкторской документации.

Технический проект – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.

Технический проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Рабочая конструкторская документация предназначена для изготовления деталей и узлов, которые должны выполнять свои функции и обеспечивать работоспособность устройства в целом.

Ограниченность времени, отводимого на выполнение курсового проекта, приводит к необходимости совмещать и сокращать объем разрабатываемой документации.

На основании расчетов, перечень и содержание которых указаны в задании на проектирование, определяется конструкция устройства и разрабатывается общий вид изделия в виде эскизного проекта.

На основании эскизного проекта, с учетом внесенных при дальнейшей проработке уточнений и изменений, на листе ватмана карандашом либо на компьютере (по согласованию с преподавателем) выполняется сборочный чертеж устройства. Кроме сборочного чертежа устройства студенты выполняют сборочный чертеж привода, узлов и рабочие чертежи деталей, оговариваемые в задании на курсовое проектирование.

Все расчеты, описания и приложения оформляются в виде пояснительной записки к курсовому проекту, которая выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105 и СТП 05-11.

1.3. Основные требования к эскизному проекту

На основании результатов кинематического и прочностного расчетов на миллиметровой бумаге, в масштабе 1:1, выполняется эскизный проект. Он начинается с нанесения осевых линий валов с уче-

том межосевых расстояний и диаметров вершин и размеров зубчатых колес. Вычерчивают валы по посадочному диаметру внутреннего кольца подшипника без обозначения их размеров по длине, наносят габаритные размеры предварительно выбранных подшипников. Детали механизма следует располагать в корпусе компактно, более полно используя его пространство.

В дальнейшем прорабатывают конструкции отдельных деталей, выбирают способы соединения их с другими элементами механизма. При этом необходимо определить:

способы установки валов в подшипниках;

крепление зубчатых колес на валах, подшипников – на валах и в корпусе;

способы регулировки зазоров в подшипниках;

способы и устройства для смазки подшипников и передач;

виды и конструктивное оформление несущих деталей.

Конструкция проектируемого механизма должна обеспечивать возможность его сборки и разборки, свободный доступ для регулировки, настройки отдельных узлов и замены деталей. Предпочтителен узловой метод сборки, при котором отдельные детали собираются в узлы, а из них собирается механизм. Например, на валу монтируются зубчатые колеса, подшипники качения, дистанционные втулки, а затем собранный узел устанавливается в корпусе.

Тип и способ изготовления корпусных деталей выбирается в зависимости от объемов производства. При серийном производстве целесообразно корпуса выполнять литыми, штампованными или прессованными (из пластмасс), а при индивидуальном или мелкосерийном производстве – сварными или сборными. При проектировании разъемного корпуса необходимо предусмотреть элементы, обеспечивающие фиксацию взаимного положения корпусных деталей и соосность отверстий под подшипники.

При выборе конструкции необходимо изучить известные технические решения и выполнить их анализ, максимально использовать унифицированные детали и узлы. Для повышения технологичности и уменьшения трудоемкости изготовления конструкции следует сокращать номенклатуру используемых стандартных и нормализованных деталей и узлов, а также используемых материалов. Везде, где возможно, следует применять в деталях форму тел вращения, технологически более простую в изготовлении.

Для наиболее удачного размещения деталей и узлов рекоменду-

ется рассмотреть несколько вариантов конструкции проектируемого устройства. При этом возможны существенные изменения первоначально разработанной конструкции и выполненных расчетов. В качестве окончательного варианта конструктивного решения выбирается наиболее удачная эскизная проработка проектируемого устройства, обеспечивающая минимальные массово-геометрические параметры и максимальную экономичность в эксплуатации.

1.4. Требования к сборочному чертежу механизма

Сборочный чертеж механизма выполняется на основании его эскизного проекта карандашом на листе формата А1. Либо с использованием средств компьютерной графики (по согласованию с преподавателем). Чертеж должен содержать минимальное необходимое число проекций, видов, разрезов, сечений и невидимых линий, дающих полное представление о его конструкции и принципе работы. Допускается на сборочном чертеже упрощенно показывать крепежные детали, резьбы и ее элементы (фаски, сбег, недорезы), а также не показывать мелкие фрагменты деталей и соединений: фаски, проточки, скругления и углубления. При использовании большого количества крепежных деталей одного типа и размера можно подробно изобразить только одно место соединения, а остальные показать штрихпунктирными линиями. На чертеже показать следующие фрагменты методом сечений, выносок или невидимыми линиями: на виде сверху бобышки под крышки подшипников и стенку основания корпуса; отверстие под фундаментный болт; установку болтов крепления крышки корпуса к основанию корпуса у подшипников (d 1 ) и прочие болты (d 2 ); крепление крышки подшипника к корпусу (d 3 ); крепление смотровой крышки к корпусу (d n ); установку смотровой крышки, рым–болта, сливного отверстия, маслоуказателя, отдушины, штифта; зубчатое или червячное зацепление; шпоночное соединение; конструкцию подшипников и крышку подшипников с уплотнениями в них; способ смазки зацепления и подшипников; уровень масла.

Сборочный чертеж кроме графического изображения разрабатываемого изделия, должен содержать необходимые размеры, уровень смазки в корпусе, номера позиций спецификации узлов (сборочных единиц) и деталей, входящих в изделие, технические требования к сборке и регулировке, его техническую характеристику.

К размерам, указываемым на сборочном чертеже, относятся: га-

баритные, межосевые, посадочные, установочные и присоединительные (размеры опорной поверхности, ее толщина, размещение в ней крепежных отверстий и их диаметр, длина и посадочный диаметр входных и выходных валов), размеры для транспортировки, а также справочные.

Номера позиций спецификации выполняют на полках линийвыносок, которые располагаются параллельно основной надписи вне контура изображения детали (узла), и группируют в колонку или строчку по возможности на одной линии. Для группы крепежных деталей, относящихся к одному соединению, допускается использовать одну линию-выноску. В этом случае полки для номеров позиций располагают колонкой и соединяют тонкой линией.

Технические требования помещают на поле чертежа над основной надписью в виде столбца, по ширине не превышающего основной надписи. Каждая позиция технических требований нумеруется и начинается с новой строки. Запись ведется сверху вниз. Технические требования содержат сведения, не отраженные на чертеже. К ним относятся:

указания размеров, относящихся к справочным;

предельные отклонения размеров, формы и расположения поверхностей, которые должны быть выдержаны при сборке;

требования к точности монтажа (допустимые осевые и радиальные зазоры, биения и т.п.);

указания о маркировке и клеймении;

правила транспортировки и хранения;

особые условия эксплуатации;

тип смазки подвижных соединений;

способы стопорения резьбовых соединения;

требования по обработке (покраске) поверхностей;

требования по обкатке изделия и защите (ограждении) опасных мест.

Техническая характеристика размещается на свободном поле

чертежа (отдельно от технических требований), имеет самостоятельную нумерацию и снабжается заголовком «Техническая характеристика». Она содержит дополнительные сведения об изделии. Например, для редуктора может содержать сведения о передаваемой мощности, передаточном числе, частоте вращения валов, крутящем моменте на выходном валу и т.д.

К сборочному чертежу прилагается текстовой документ – спецификация, которая выполняется в соответствии с ГОСТ 2.108 на листах формата А4 и оформляется в виде приложения к пояснительной записке. Форма первого листа спецификации представлена в приложении 7 рис. 4.

В соответствии с ГОСТ 2.108 в спецификации предусмотрено 8 разделов, однако в курсовом проекте обычно достаточно 3–4 раздела: «Документация», «Сборочные единицы», «Детали», «Стандартные изделия», «Материалы». Указанные наименования разделов записываются в графе «Наименование».

В графе «Поз.» спецификации указывают порядковый номер составного элемента разработанного устройства. Этот номер соответствует позиции элемента на сборочном чертеже. В графе «Формат» указывают форматы документов, обозначения которых записывают в графе «Обозначение». В графе «Зона» указывают обозначения зоны, в которой находится номер позиции. Разбивка чертежа на зоны производится по ГОСТ 2.104. В графе «Обозначение» указывают шифр чертежа элементов изделия. Для стандартных изделий эта графа не заполняется. В графе «Наименование» указывают наименование изделий; для стандартных изделий, кроме наименования, указывают условное обозначение в соответствии со стандартом.

1.5. Требования к чертежу общего вида привода

Чертеж общего вида привода выполняется на основании расчетов всех передач привода и сборочного чертежа механизма карандашом либо выводится на графопостроителе с помощью вычислительной техники на листе формата А1 (по согласованию с преподавателем). На чертеже общего вида привода должна быть показана рама, смонтированные на ней все составные элементы, привода (электродвигатель, редуктор, натяжные устройства, опоры открытых передач) и приводной вал рабочего органа привода на опорах. Рама выполняется в виде сварной конструкции из стандартных профилей (швеллер, уголок, тавр, двутавр, лист, полоса). Число изображений должно быть минимальным (как правило, два: вид сверху и вид сбоку, позволяющий более полно показать конструкции приводного вала и рамы привода, опор, натяжных устройств, муфты и т.д.), но достаточным для получения представления об изделии в целом. Чертеж общего вида выполняется с упрощениями, которые устанавливаются ГОСТ 2.109

на оформление чертежей, но при этом должна быть понятна конструкция устройства, взаимодействие составных частей и принцип работы привода. При использовании большого количества крепежных деталей одного типа и размера подробно изобразить только одно место соединения, а остальные показать штрихпунктирными линиями. На чертеже показать следующие фрагменты методом сечений, выносок или линиями невидимого контура: конструкция рамы привода и расположение ее составных частей; крепления рамы к фундаменту; крепление электродвигателя, редуктора и опор к раме; конструкции муфты, натяжных устройств, опор открытых передач и приводного вала привода; крепление элементов открытых передач к валам; вид открытых передач.

Чертеж общего вида привода кроме графического изображения должен содержать необходимые размеры, номера позиций сборочных единиц и деталей привода, технические требования по монтажу и регулировке, техническую характеристику привода, схемы расположения болтов крепления рамы к фундаменту и крепления всех элементов привода к раме.

К размерам, указываемым на чертеже общего вида, относятся: габаритные; межосевые; посадочные; наибольшие размеры элементов открытых передач привода; установочные и присоединительные (размеры опорных поверхностей рамы и сборочных единиц, установленных на раме, расстояние между крепежными болтами и их расположение относительно осей сборочных единиц и границ рамы, высоту рамы и размещения осей валов всех передач привода относительно рамы).

Для возможности монтажа привода на чертеже справа над основной надписью в уменьшенном масштабе выполняются схемы расположения болтов крепления рамы к фундаменту и крепления элементов привода (двигателя, редуктора, опор открытых передач и рабочего приводного вала) к раме. На схемах указать: места расположения отверстий под болты, их диаметр и количество; оси электродвигателя, редуктора, всех валов, в том числе и рабочего вала привода, с текстовыми надписями, а также координатные размеры между ними.

Номера позиций спецификации выполняют на полках линийвыносок, требования к которым аналогичны изложенному в п. 1.4.

К чертежу общего вида привода прилагается текстовой документ – спецификация, которая оформляется аналогично изложенному

в п.1.4.

Изложены основные темы курса «Детали машин и основы конструирования». Рассмотрены основы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц машин общего назначения: соединении, механических передач, валов и осей, подшипников и муфт.
Предназначено для подготовки студентов технических специальностей вузов по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Содержание и основные задачи курса.
«Детали машин и основы конструирования» - научная дисциплина по расчету, проектированию и конструированию деталей и узлов общемашиностроительного назначения. В ее задачи входят обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и узлов конструкций.

Машина - устройство, предназначенное для выполнения полезной работы, связанной с производством, обработкой, преобразованием энергии и информации. Основу каждой машины составляют устройства, называемые механизмами.

Механизм - это система тел. предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение остальных тел. Механизм имеет ведущие и ведомые звенья.

Ведущее звено - звено, которому движение передается извне. Остальные звенья механизма, которым передается движение от ведущего звена, называют ведомыми.

Машины состоят из деталей, которые объединены в узлы.
Деталь - это элементарная часть машины, которая изготавливается без сборочных операций и не может быть разобрана без разрушения. Изготавливается из однородного по наименованию и марке материала (болты, шпильки, шпонки. заклепки и пр.).

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Тема 1. Общие принципы проектирования деталей и узлов машин
1.1. Содержание и основные задачи курса
1.2. Требования к деталям и критерии их работоспособности
1.2.1. Критерии работоспособности
1.2.2. Критерии надежности
1.2.3. Критерии экономичности
Тема 2. Общие сведения о проектировании. Выбор допускаемых напряжении
2.1. Общие сведения о проектировании
2.2. Выбор допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности
Тема 3. Сварные соединения
3.1. Общие сведения о сварных соединениях
3.2. Конструкции сварных соединений и их расчет на прочность
3.2.1. Стыковые соединения
3.2.2. Нахлесточные соединения
3.2.3. Тавровые соединения
3.3. Допускаемые напряжения в сварных соединениях
Тема 4. Резьбовые соединения
4.1. Типы и основные параметры резьб
4.2. Соотношение сил и моментов в резьбовых деталях при затяжке
4.3. Расчет резьбы на прочность
4.4. Расчет на прочность одиночных болтов при различных случаях нагружения
4.4.1. Расчет незатянутого болта, нагруженного внешней растягивающей силой
4.4.2. Расчет затянутого болта при отсутствии внешней нагрузки
4.4.3. Расчет болтов, нагруженных поперечными силами
4.4.4. Расчет болта, нагруженного эксцентричной нагрузкой
4.4.5. Расчет затянутых болтов при действии внешней нагрузки, раскрывающей стык деталей
4.5. Расчет соединений, включающих группу болтов
4.5.1. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, раскрывающей стык детали
4.5.2. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, сдвигающей детали в стыке
4.6. Расчет болтов при действии переменной нагрузки
4.7. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности материала резьбовых деталей
Тема 5. Соединение деталей с натягом
Тема 6. Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения
Тема 7. Общие сведения о заклепочных, клеммовых, паяных, клеевых и штифтовых соединениях
7.1. Заклепочные соединения
7.2. Клеммовые соединения
7.3. Паяные соединения
7.4. Клеевые соединения
7.5. Штифтовые соединения
Тема 8. Общие сведения о механических передачах
Тема 9. Фрикционные передачи
9.1. Цилиндрическая фрикционная передача
9.2. Коническая фрикционная передача
9.3. Вариаторы
9.4. Расчет на прочность фрикционных передач
Тема 10. Ременные передачи
10.1. Общие сведения
10.2. Силы в передаче
10.3. Скольжение ремня. Передаточное число
10.4. Напряжения в ремне
10.5. Критерии работоспособности ременных передач
Тема 11. Цепные передачи
11.1. Общие сведения
11.2. Приводные цепи
11.3. Звездочки
11.4. Передаточное число цепной передачи
11.5. Основные геометрические соотношения
11.6. Силы в ветвях цепи
11.7. Критерии работоспособности цепной передачи
Тема 12. Зубчатые передачи
12.1. Общие сведения
12.2. Цилиндрические зубчатые передачи
12.2.1. Геометрия и кинематика цилиндрических передач
12.2.2. Силы в передаче
12.2.3. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых колес
12.2.4. Расчет на контактную прочность цилиндрических зубчатых передач
12.2.5. Расчет на изгиб цилиндрических зубчатых передач
12.3. Конические зубчатые передачи
12.3.1. Геометрия и кинематика конических зубчатых передач
12.3.2. Силы в передаче
12.3.3. Расчет на контактную прочность конических зубчатых передач
13.3.4. Расчет на изгиб конических зубчатых передач
12.4. Основные сведения о планетарных и волновых передачах
12.4.1. Планетарные передачи
12.4.2. Волновые передачи
Тема 13. Червячные передачи
13.1. Общие сведения
13.2. Геометрия червячных передач
13.3. Кинематические параметры передачи
13.4. Силы в зацеплении
13.5. Виды разрушения зубьев червячных колес и критерии работоспособности
13.6. Расчет передачи на контактную прочность
13.7. Расчет по напряжениям изгиба
13.8. Тепловой расчет червячной передачи
Тема 14. Рычажные передачи
Тема 15. Передача винт - гайка
Тема 16. Валы и оси
16.1. Общие сведения
16.2. Расчет валов на прочность
Тема 17. Подшипники качения
17.1. Общие сведения
17.2. Виды разрушения подшипников и критерии работоспособности
17.3. Расчет на динамическую грузоподъемность и долговечность
17.4. Уплотняющие устройства в узлах подшипников качения
Тема 18. Подшипники скольжения
18.1. Общие сведения
18.2. Режимы смазки в подшипниках скольжения
18.3. Виды разрушения и критерии работоспособности
18.4. Расчет подшипников скольжения в условиях несовершенной смазки
18.5. Расчет подшипников скольжения в условиях жидкостного трения
Тема 19. Муфты
19.1. Общие сведения
19.2. Глухие муфты
19.3. Жесткие компенсирующие муфты
19.4. Упругие компенсирующие муфты
19.5. Сцепные муфты
19.6. Самоуправляемые муфты
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Детали машин и основы конструирования, Ханов A.M., 2010 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.