- •В.А. Жулай детали машин
- •190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
- •Рецензенты:
- •Основные условные обозначения
- •Общие сведения о деталях машин и истории их развития
- •Краткий исторический обзор
- •Основные понятия и задачи курса деталей машин. Основные направления развития конструкций машин
- •Классификация деталей машин
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Последовательность и этапы проектирования
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Виды нагрузок, действующих на детали машин
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин
- •2.4.1. Прочность
- •Выбор запаса прочности и допускаемых напряжений
- •В основу положено уравнение линейного суммирования повреждений
- •Жесткость
- •Износостойкость
- •2.4.4. Теплостойкость
- •2.4.5. Виброустойчивость
- •2.4.6. Надежность
- •Контрольные вопросы
- •3. Соединения
- •3.1. Неразъемные соединения
- •3.1.1. Сварные соединения
- •3.1.2. Паяные и клеевые соединения
- •3.1.3. Соединения с натягом
- •3.1.4. Заклепочные соединения
- •Расчет на прочность элементов заклепочного шва
- •Расстояние между рядами заклепок
- •Условие прочности на срез:
- •Условие прочности на смятие:
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Разъемные соединения
- •3.2.1. Резьбовые соединения
- •Силовые соотношения и расчет на прочность резьбовых соединений.
- •С учетом (3.28) формула (3.27) примет вид
- •3.2.2. Шпоночные соединения
- •3.2.3. Шлицевые и профильные соединения
- •3.2.4. Штифтовые соединения
- •Для односрезного соединения
- •Условие прочности на смятие:
- •3.2.5 Клеммовые соединения
- •Контрольные вопросы
- •4. Механические передачи
- •4.1. Общие сведения. Основные кинематические и энергетические соотношения
- •Кинематические и энергетические соотношения в передаточных механизмах
- •Контрольные вопросы
- •4.2. Фрикционные передачи и вариаторы
- •Создаваемый момент трения
- •Расчет на прочность фрикционной передачи
- •Фрикционные вариаторы
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Ременные передачи
- •Кроме того, натяжения в ветвях f1 и f2 связаны с передаваемой окружной силой Ft условием:
- •Напряжение от окружного усилия, передаваемого ремнем:
- •Напряжения от изгиба ремня
- •4.4. Зубчатые передачи
- •Классификация зубчатых передач
- •4.4.1. Геометрия и кинематика цилиндрических прямозубых передач
- •4.4.2. Основы расчета на контактную прочность и изгиб
- •4.4.3. Косозубые и шевронные колеса. Особенности их расчета
- •4.4.4. Конические зубчатые передачи
- •В соответствии со схемами (см. Рис. 4.27, 4.28)
- •Основы расчета на контактную прочность и изгиб конической передачи
- •4.4.5. Планетарные передачи
- •4.4.6. Волновые передачи
- •4.4.7. Передачи Новикова
- •4.5. Червячная передача
- •Области применения червячных передач
- •Расчет па прочность червячной передачи
- •4.6. Передача винт-гайка
- •4.7. Рычажные механизмы
- •4.8. Цепная передача
- •Силы в цепной передаче
- •5. Валы и оси. Подшипники.
- •5.1. Валы и оси
- •Материалы
- •5.2. Подшипники
- •5.2.1. Подшипники скольжения
- •Материалы
- •5.2.2. Подшипники качения
- •Условные обозначения подшипников качения
- •Смазывание подшипников
- •Поля допусков отверстий под подшипники
- •5.2.3. Уплотняющие устройства
- •5.3. Общие сведения о редукторах
- •Схемы редукторов
- •Смазывание редукторов
- •Муфты. Упругие элементы. Смазочные материалы. Сапр
- •6.1. Муфты
- •Классификация муфт Муфты подразделяют:
- •Подбор муфт и проверка па прочность основных элементов
- •Фрикционная муфта
- •6.2. Пружины и рессоры
- •6.2.1. Основные понятия
- •6.2.2. Конструирование и расчет цилиндрических витых пружин
- •Шаг пружины сжатия в ненагруженном состоянии
- •Длина пружины в ненагруженном состоянии
- •6.3. Смазочные материалы
- •6.3.1. Смазочные масла
- •Классификация трансмиссионных масел
- •Соответствие классов вязкости и групп трансмиссионных масел по гост 17479.2-85 классификациям sae j306с и арi
- •6.3.2. Пластичные смазки
- •6.3.3 Твердые смазочные материалы
- •6.3.4. Твердые смазочные покрытия
- •6.3.5. Ротапринтная смазка
- •6.3.6. Магнитные смазочные материалы
- •6.3.7. Антифрикционные самосмазывающиеся материалы
- •6.4. Автоматизация проектирования узлов и деталей машин
- •6.4.1. Структура и функционирование сапр
- •6.4.2. Типовые процедуры и маршруты сапр
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Жулай владимир алексеевич
- •190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Основные понятия и задачи курса деталей машин. Основные направления развития конструкций машин
Машиной называется механическое устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения физического и умственного труда человека .
Интересно, что в справочниках всего полувековой давности в определении машины нет ни слова о преобразовании информации. Тем не менее, назвать современный компьютер машиной можно весьма условно – это не вполне механическое устройство, выполняющее только механические движения. Ясно, что определение понятия «машина» будет еще уточняться.
В курсе «Детали машин» не будут рассматриваться информационные или вычислительные машины.
Основное назначение машины – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения его труда и повышения производительности.
Машины, детали которых рассматриваются в нашем курсе, – это энергетические (двигатели, тепловые, электрические, генераторы, компрессоры и др.), технологические (станки, прессы и пр.), транспортные и подъемно-транспортировочные (краны, конвейеры, автомобили, самолеты, поезда и т.п.). Все эти машины состоят из деталей, чаще всего объединенных в сборочные единицы.
Деталью называется изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций, например: зубчатое колесо, шкив, звездочка, болт, гайка и т.д.
Из большого разнообразия деталей и сборочных единиц выделяют такие, которые встречаются в большинстве машин (болты, валы, зубчатые колеса, подшипники, пружины и т.п.). Эти детали и сборочные единицы общего применения и рассматриваются в курсе «Детали машин».
Таким образом, целью курса «Детали машин» является изучение основ расчета и конструирования деталей и сборочных единиц общего назначения с учетом требований, предъявляемых к машинам и их составляющим частям.
Другие основные понятия, используемые в курсе «Детали машин».
Изделие – любой предмет или набор предметов производства, изготовленный предприятием.
Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями.
Узел – сборочная единица, которая может выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями.
Агрегат – сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом и способностью выполнять определенную функцию в изделии или самостоятельно.
Механизм – система деталей, предназначенных для преобразования одного вида движения в другое. Механизмы, входящие в состав машины, делят по функциональному признаку на передаточные; исполнительные; механизмы управления, контроля и регулирования; механизмы подачи, транспортировки и сортировки. Основные элементы механизма – звенья и кинематические пары. Наибольшее распространение имеют механизмы с одной степенью свободы, в которых для определенности движения всех его звеньев нужно задать закон движения одного звена. Если в таком механизме остановить всего одно звено, то остановится весь механизм. Механизмов на сегодняшний день создано очень много, наиболее распространенные – это зубчатые, фрикционные, винтовые, рычажные, с гибкими звеньями и др.
Звено механизма – одна или несколько жестко соединенных деталей, например вал и зубчатое колесо.
Различают входные и выходные звенья. Входным называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев. Выходным называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Между входным и выходным могут быть расположены промежуточные звенья.
В каждой паре совместно работающих звеньев в направлении силового потока различают ведущее и ведомое звенья.
Кинематическая пара – соединение двух соприкасающихся тел, допускающее их относительное движение. По функциональному признаку кинематические пары могут быть вращательными, поступательными, винтовыми и т. д.
Кинематическая цепь – система звеньев, связанных между собой кинематическими парами.
Привод – устройство, приводящее в движение машину или механизм; состоит из источника энергии, передаточного механизма и аппаратуры управления.
Основные направления развития конструкций деталей машин:
1. Обеспечение прочности и равнопрочноcти деталей; уменьшение концентрации напряжений; использование материалов с улучшенными свойствами.
2. Обеспечение мало – или безызносной работы сопряжений, в том числе:
– расширение применения узлов трения качения – подшипников качения, направляющих, передач винт-гайка, червячно-реечных передач, шлицевых сопряжений качения;
– обеспечение в подшипниках гидростатодинамического режима смазки, применение опор с газовой смазкой, магнитных опор, магнитопорошковой смазки;
– повышение износостойкости деталей – совершенствование уплотнительных защитных устройств, применение износостойких материалов и покрытий, снижение нагруженности трущихся поверхностей, обеспечение равномерного износа в сопряжении, использование эффекта избирательного переноса.
3. Повышение точности изделий, уменьшение концентрации контактных напряжений, динамических нагрузок в сопряжениях.
4. Расширение применения наряду с механическими системами электрических, электронных, гидравлических и пневматических систем.
5. Оптимизация расчетов и конструирования деталей машин, многокритериальная оптимизация, в том числе – приводов машин вращательного и возвратно-поступательного движения, зубчатых и волновых передач, коленчатых валов, станин, систем машин.
6. Обеспечение "самоорганизации" деталей и механизмов, т.е. самосмазываемости в режиме гидродинамической и газодинамической смазки, применение самосмазывающихся материалов;
– самоустанавливаемости – отказ от избыточных связей в механизмах, в том числе – модификация контактирующих поверхностей деталей, применение самоустанавливающихся подшипников, зубчатых передач с точечным начальным контактом, компенсирующих и упругих муфт;
– самоприрабатываемости – подбор материалов и формы поверхностей трения, приближение их к форме естественного износа;
– самокомпенсируемости – применение систем с обратной связью и т.д.
Копирование в машинах принципов функционирования объектов живой природы. Совмещение функций, выполняемых отдельными узлами машин.
Резервирование. Реализация принципа безопасности повреждений: эксплуатация по техническому состоянию; введение трещиноостанавливающего вязкого сплава и др. Создание неразборных узлов с гарантированным ресурсом.
Применение деталей из перспективных материалов, в том числе – технической керамики, обеспечивающей изготовление высокопрочных деталей различных форм и размеров;
– композиционных материалов (на металлической, полимерной и керамической основе с углеродными, стеклянными, борными волокнами), использующих высокую прочность материалов в малых сечениях, в частности нитевидных кристаллов, и малую чувствительность к концентрации напряжений в связи с волокнистой структурой;
– материалов, обладающих памятью, т.е. способностью восстанавливать первоначальную форму при определенных температурах, давлении среды и т.д. (в качестве элементов конструкций – в механических соединениях, муфтах, виброзащитных устройствах, терморегуляторах, термомеханических двигателях и генераторах);
– материалов, недеформирующихся от остаточных напряжений при упрочнениях и эксплуатации (мартенситостареющие стали, позволяющие осуществлять после закалки обработку резанием, и стареющие с повышением твердости до 55 HRС);
– материалов типа синтегран, обладающих большой демпфирующей способностью (для деталей несущих систем машин).
10. Использование возможностей и учет специфики новых технологий:
– применение деталей сложных форм, обрабатываемых на станках с ЧПУ;
унификация локальных поверхностей деталей;
– обработка инструментом, воздействующим на заготовку по всему объему.
11. Применение новых прогрессивных технологий упрочнения (лазерными, электронными лучами, струей плазмы), обеспечивающих высокую интенсивность процессов, локальность и геометрическую точность зоны нагрева и минимальную доводку деталей.
12. Совершенствование смазочных материалов и процессов смазывания – эффективное и быстрое средство повышения ресурса и надежности машин и экономии энергии.
Контрольные вопросы
Что представляет собой механизм?
Для чего предназначены машины?
Что называют деталью, а что сборочной единицей?
Что изучается в курсе «Детали машин»?
Перечислите основные направления развития конструкций деталей
машин.