Настоящий краткий курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированного специалиста 657300 (130600) – Оборудование и агрегаты нефтегазового производства (специальность 171700 (130603) – Оборудование нефтегазопереработки), и по направлению подготовки бакалавров техники и технологии 551800 (150400) – Технологические машины и оборудование. Курс лекций разработан в соответствии с рабочими программами указанных направлений подготовки, может быть использован как студентами дневной формы, так и студентами безотрывных форм обучения. Данный курс лекций позволяет студенту легче ориентироваться в изучаемой дисциплине, но не исключает необходимости пополнять знания с помощью фундаментальных учебников по предмету, указанных в списке литературы.
Разработал Щеглов Э.А., профессор, канд.техн.наук
Рецензент Зубаиров С.Г., профессор, доктор техн. наук
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2006
|
СОДЕРЖАНИЕ
1 ВВОДНЫЕ ПОНЯТИЯ В КУРСЕ ДМ и ОК……………………………………
Лекция 1. Вводные понятия в курсе ДМ и ОК. Классификация типовых деталей машин. Требования, предъявляемые к современным машинам. Этапы проектирования деталей машин и стадии разработки конструкторской документации. Общие принципы проектирования……………………
Лекция 2. Виды нагрузок, действующих на детали машин. Типовые циклы изменения напряжений в сечениях деталей машин. Критерии работоспособности деталей машин: прочность, жесткость, износостойкость, долговечность, термостойкость, виброустойчивость…………………………….
2 СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ..................................................................................
Лекция 3. Резьбовые соединения. Классификация резьб. Геометрические параметры резьб. Основные типы резьб………………………………………
Лекция 4. Соотношение между окружными и осевыми усилиями в винтовой паре. Момент завинчивания гаек и винтов. Условие самоторможения винтовой пары…………………………………………………………………..
Лекция 5. Расчет витков крепежных и ходовых резьб. Расчет на прочность стержня призонного и обычного болта в болтовых соединениях, нагруженных поперечной силой. Заклепочные соединения………………...
Лекция 6. Расчет на прочность группы болтов. Допущения при расчете группы болтов. Порядок расчета группы болтов. Расчет на прочность группы призонных или обычных болтов, нагруженных поперечной силой и вращающим моментом, действующими в плоскости стыка……................
Лекция 7. Расчет на прочность группы предварительно затягиваемых болтов, нагружаемых внешней продольной силой, с учетом податливости деталей соединения…………………………………………………………….
Лекция 8. Расчет на прочность группы болтов, нагруженных усилием, действующим в плоскости перпендикулярной стыку и проходящим через одну из осей симметрии стыка. Клеммовые соединения……………………
Лекция 9. Расчет на прочность сварных соединений (стыковых, внахлестку, тавровых). Клеевые и паяные соединения……………………………...
Лекция 10. Расчет соединений с гарантированным натягом (прессовых). Шпоночные, штифтовые, профильные и шлицевые соединения: достоинства, недостатки, расчеты на прочность………………………………………
3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ……………………………………………….
Лекция 11. Передаточные механизмы. Разновидности механических передач и их назначение. Основные силовые и кинематические соотношения для передач вращательного движения. Зубчатые передачи. Виды повреждений зубьев зубчатых колес…………………………………………….
Лекция 12. Усилия в зацеплении прямозубых цилиндрических колес и расчетная нагрузка. Определение расчетного контактного напряжения на поверхности зуба прямозубого колеса в полюсе зацепления………………..
Лекция 13. Определение напряжения изгиба в опасном сечении на переходной поверхности зуба колеса цилиндрической прямозубой передачи. Определение допускаемых напряжений при расчете зубчатых передач на контактную и изгибную выносливость зубьев…………………………….....
Лекция 14. Цилиндрические косозубые передачи: особенности конструкции, достоинства и недостатки. Геометрия косозубых колес. Коэффициент перекрытия в косозубой передаче. Усилия в зацеплении зубьев косозубых колес. Особенности прочностного расчета косозубых передач…………………………………………………………………………….....
Лекция 15. Конические передачи: особенности конструкции, достоинства и недостатки, классификация. Геометрия конических колес. Связь между параметрами конического и эквивалентного по прочности цилиндрического прямозубого колеса. Усилия в зацеплении зубьев конических колес. Особенности расчета конических передач на контактную и изгибную выносливость………………………………………………………………………
Лекция 16. Червячные передачи: особенности конструкции, достоинства и недостатки, классификация, материалы колес. Геометрия червячного колеса и червяка. Кинематика червячной передачи. Усилия в зацеплении зубьев. Особенности расчета червячных передач по контактным и изгибным напряжениям………………………………………………………………
Лекция 17. Ременные передачи: достоинства и недостатки, классификация, материалы и конструкции приводных ремней. Усилия и напряжения в ветвях ремня. Критерии работоспособности ременных передач………….
Лекция 18. Способы повышения долговечности ремня. Расчет ременной передачи на тяговую способность (прочность сцепления ремня со шкивом). Нагрузка на вал от шкива ременной передачи…………………………
Лекция 19. Цепные передачи: достоинства и недостатки, классификация. Конструкции приводных цепей. Проверка износостойкости шарнира роликовой цепи. Проверка прочности цепи на разрыв. Проверка долговечности цепи……………………………………………………………………….
Лекция 20. Фрикционные передачи…………………………………………..
Лекция 21. Планетарные и волновые передачи……………………………...
4 ВАЛЫ И ОСИ………………………………………………………..................
Лекция 22. Валы и оси. Проектировочные расчеты валов на прочность (ориентировочный и приближенный). Проверочный (уточненный) расчет вала на сопротивление усталости……………………………………………...
5 ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ……………………………………………................
Лекция 23. Опоры валов и осей: сравнительная оценка подшипников качения и скольжения. Приближенный расчет подшипников скольжения. Классификация подшипников качения. Условное обозначение подшипников качения. Схемы установки подшипников на валах……………………...
Лекция 24. Подбор подшипников качения по статической и динамической грузоподъемности. Частные случаи определения эквивалентной динамической нагрузки на подшипники………………………………………...
6 УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ………………………………………………………..
Лекция 25. Пружины и рессоры: назначение, классификация, расчет……
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………….
|
4
4
6
7
7
10
12
18
21
23
26
30
35
35
37
41
46
50
55
62
69
72
74
75
76
76
79
79
84
87
87
90
|
1 Вводные понятия в курсе дм и ок
Лекция 1
Вводные понятия в курсе ДМ и ОК. Классификация типовых деталей
машин
Машины и приборы состоят из деталей и узлов. Деталью называют элемент конструкции, изготовленный из материала одной марки без применения сборочных операций. Детали частично могут объединяться в сборочные единицы (узлы). Сборочной единицей называют совокупность деталей, соединенных на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций и предназначенных для совместной работы. Простейшая сборочная единица может включаться как составная часть в более сложную. Характерными примерами сборочных единиц являются по мере нарастания сложности подшипник, узел опоры, редуктор.
В машинах количество деталей исчисляется сотнями и тысячами. Несмотря на различное конструктивное оформление и назначение машин, большинство деталей и сборочных единиц (узлов) в них являются типовыми. Типовыми называют детали, которые встречаются практически в любой машине и независимо от назначения машины выполняют одинаковые функции.
Типовые детали можно объединить в несколько характерных групп:
- детали соединений (резьбовых, заклепочных, шпоночных, шлицевых, сварных, клеммовых, прессовых и т.д.);
- детали передач (зубчатых цилиндрических и конических, червячных, ременных, цепных, фрикционных и т.д.)
- валы и оси;
- опоры валов и осей (подшипники);
- детали муфт;
- упругие элементы (пружины, рессоры);
- корпусные детали.
Требования, предъявляемые к современным машинам
Детали и узлы машин, как и машины в целом, характеризуются работоспособностью, надежностью, технологичностью, экономичностью и эстетичностью. Работоспособностью называют состояние деталей, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией. Под надежностью понимают свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки. Технологичными называют детали и узлы, требующие минимальных затрат средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте.
Основными критериями работоспособности и расчета деталей машин являются: прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов - износостойкость.
Основы расчета на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В курсе «Детали машин» общие методы расчетов на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов.
Нагрузки на детали машин и напряжения в них могут быть постоянными и переменными по времени. Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах не встречаются. Однако отдельные детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчете можно принимать за постоянные.
Переменные напряжения характеризуются циклом изменения напряжений: при отнулевом цикле напряжения меняются от нуля до максимума; при знакопеременном симметричном цикле напряжения меняются от отрицательного до такого же положительного значения.
Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Перечислим нагрузки, действующие на ДМ:
- рабочие усилия;
- силы инерции;
- силы трения;
- ударные нагрузки;
- усилия, возникающие при изготовлении детали;
- усилия, возникающие при сборке;
- силы от температурных деформаций;
- силы собственного веса детали;
- атмосферные нагрузки.
При расчетах деталей машин различают номинальную нагрузку и расчетную. Номинальная нагрузка - это наибольшая из длительно действующих нагрузок на сечение детали. Расчетная нагрузка получается умножением номинальной на коэффициент нагрузки.
Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.
Изнашивание -процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в зубчатых зацеплениях и т.п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов -к.п.д., надежность, точность и т.д.
Коррозия - процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций. Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов.
Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, а, следовательно, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию и т.п.
Виброустойчивостъ. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей
Этапы проектирования деталей машин и стадии разработки
конструкторской документации. Общие принципы проектирования
Детали машин - это курс, который изучает методы, правила и нормы проектирования типовых деталей машин.
Конструирование изделия это многоэтапный, многовариантный процесс, в течение которого исполнитель многократно согласовывает конструкцию изделия с заказчиком.
Проектирование изделия включает в себя следующие этапы:
- выбор формы детали;
- назначение материала;
- составление расчетной схемы;
- определение (расчетом) размера наиболее нагруженного сечения;
- конструктивное задание остальных размеров детали;
- разработка рабочих чертежей детали.
Каждый из указанных этапов имеет свои характерные особенности и по ходу изучения конкретной группы деталей будут отмечены и рассмотрены эти особенности.
Лекция 2
Виды нагрузок, действующих на детали машин
Нагрузки на детали машин и напряжения в них могут быть постоянными и переменными по времени. Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах не встречаются. Однако отдельные детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчете можно принимать за постоянные.
Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Перечислим нагрузки, действующие на ДМ:
- рабочие усилия;
- силы инерции;
- силы трения;
- ударные нагрузки;
- усилия, возникающие при изготовлении детали;
- усилия, возникающие при сборке;
- силы от температурных деформаций;
- силы собственного веса детали;
- атмосферные нагрузки.
При расчетах деталей машин различают номинальную нагрузку и расчетную. Номинальная нагрузка - это наибольшая из длительно действующих нагрузок на сечение детали. Расчетная нагрузка получается умножением номинальной на коэффициент нагрузки.
Типовые циклы изменения напряжений в сечениях деталей машин.
Критерии работоспособности деталей машин
Переменные напряжения характеризуются циклом изменения напряжений: при отнулевом цикле напряжения меняются от нуля до максимума; при знакопеременном симметричном цикле напряжения меняются от отрицательного до такого же положительного значения.
Основными критериями работоспособности и расчета деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость.
Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.
Изнашивание -процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в зубчатых зацеплениях и т.п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов -к.п.д., надежность, точность и т.д.
Коррозия - процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций. Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов.
Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, а, следовательно, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию и т.п.
Виброустойчивостъ. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей