4 Методические указания к изучению курса

4.1 Общие методические указания

В курсе «Детали машин» изучаются основы проектирования машин и современные методы конструирования и расчета деталей и узлов. Базой для изучения служат дисциплины: «Машиностроительное черчение», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Технология металлов» и « Теория механизмов и машин». Курс «Детали машин» содержит разделы: введение, основы проектирования деталей машин; соединения; передачи; оси, валы и их соединения; подшипники; пружины; смазочные устройства.

Усвойте методы решения инженерных задач, внимательно разберите расчетные формулы, их выводы, а также чертежи, уясняя сущность возникающих явлений при работе отдельной детали или узла машины. Изучая курс по учебнику или пособию, следует составлять конспект, на полях которого записывать возникшие вопросы для выяснения их на консультации с преподавателем. В конспект рекомендуется вносить расчетные эскизы и схемы, на которых проявляют силы и размеры и только после этого составляют условие прочности детали или соединения. Записи должны кратко отражать сущность раздела, изложенного в книге, и отвечать на вопросы для самопроверки.

При расчетах и конструировании обратить внимание на правильность выбора допускаемых напряжении и коэффициентов, учитывая при этом технологию изготовления: механическую и термическую обработку, влияющее на форму и размер детали. В расчетах добиться снижения веса, повышения надежности и долговечности детали и узла машины.

Данный курс изучить по одному из указанных учебников основной литературы. Учебные пособия и справочники, приведенные в дополнительной литературе, могут использоваться при выполнении курсовой работы.

4.2 Содержание разделов и методические указания к их изучению

Введение

Изучение курса надо начинать с уяснения цели, структуры и связи этой дисциплины с другими общетехническими и специальными дисциплинами. Необходимо иметь понятие о машине, узле, подузле, детали и давать их определения.

Вопросы для самопроверки:

1.Какова цель и структура курса «Детали машин»? 2. Что вы знаете о классификации деталей машин? (Приведите определение) 3. Какие узлы, подузлы изучаются в курсе?

4.2.1 Основы проектирования деталей машин

Усвойте основные критерии работоспособности при расчете деталей машин. Следует помнить, что расчеты должны увязываться с экономическими требованиями, в связи в чем большую роль играет рациональный выбор машиностроительных материалов. Поэтому надо знать основные материалы, используемые в машиностроении, их марки, механические свойства и область применения. Ознакомитесь с профилями проката и материалами из пластмасс.

Для получения прочной, надежной, долговечной и экономичной машины необходимо применять упрочняющие технические и химические обработки, защитные покрытия, использовать стандартизацию, нормализацию и унификацию деталей и узлов машин.

Уясните основы взаимозаменяемости, допуски и посадки и их практическое применение. Необходимо знать запасы прочности и выбор допускаемых напряжений с фактора времени. В процессе конструирования отдельных деталей и узлов привода приходится решать вопросы технологического порядка. Поэтому следует представлять себе способ изготовления детали (ковка, штамповка, отливка, сварка и т.д.) и способ сборки деталей в узлы привода.

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите основные критерии работоспособности деталей. 2. От каких факторов зависят запасы прочности и допускаемые напряжения в машиностроении? 3. Какие материалы применяют в машиностроении и каковы их механические свойства? 4. Какие виды термической и химико-термической обработки металлов применяют в практике машиностроения? 5. Какие пластмассы применяют в машиностроении и для каких деталей? 6. Каково значение стандартизации в машиностроении? 7. Как определяют запасы прочности и допускаемые напряжения при статических и переменных нагрузках? 8. Какое влияние оказывают на прочность деталей характер прилагаемой нагрузки и концентрация напряжений? 9. Что понимается под шероховатостью поверхности? 10. Как влияют микронеровности на усталостную прочность деталей? 11. Какие цели преследует стандартизация отклонений и допусков? 12. В чем заключаются основы построения системы допусков и посадок ЕСДП СЭВ (ИСО)? 13. Как условно обозначают на чертежах отклонения в системе вала и отверстия по ЕСДП СЭВ?

4.2.2 Сварные соединения

Уясните влияние сварки на конструкцию деталей машин и экономичность сварных соединений. Усвойте основные типы электросварных швов, получивших наибольшее распространение в промышленности; расчет сварных соединений встык и угловыми

(валиковыми) швами. Решите несколько примеров, приведенных в учебнике, выберите допускаемые напряжения для сварных соединений при статических и переменных нагрузках.

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите преимущества и недостатки сварных конструкций по сравнению с клепаными, литыми и коваными? 2. Какие виды сварки распространены в промышленности? 3. Укажите типы сварки швов. 4. Какие сварные швы применяют при сварке встык для достижения равнопрочного шва целому сечению? 5. Как рассчитывают сварные соединения, выполненные встык и нагруженные сдвигающим усилием и моментом? То же, внахлестку. 6. Как производится расчет сварочного соединения, нагруженного крутящим моментом? 7. Как выбирают допускаемые напряжения для стыковых и угловых швов при статических и переменных нагрузках?

4.2.3 Соединения с гарантированным натягом

Ознакомьтесь с видами прессовых посадок и областями их применения; с цилиндрическими соединениями с гарантированным натягом (прессовыми соединениями) при нагружении осевой силой или крутящим моментом; с расчетами этих соединений и с соединениями с помощью стяжных полос и планок.

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите преимущества и недостатки прессовых соединений деталей. 2. Приведите примеры соединения деталей с гарантированным натягом (соединений с прессовыми посадками). 3. Изложите методику расчета цилиндрического прессового соединения деталей, нагруженных осевой силой или крутящим моментом.

4.2.4 Резьбовые соединения

Усвойте определение параметров резьбовых соединений; зависимость между крутящим моментом и осевой силой, методы расчета на прочность стержня болта при различных случаях нагружения; расчеты, групповых болтов при переменных и ударных нагрузках.

При расчете болтов по осевой силе надо знать, что они рассчитаны только на растяжение или сжатие (болты на изгиб не рассчитывают), а напряжение, от скручивающего момента учитывается коэффициентом β= 1,3. допускаемое напряжение при расчетах резьбовых соединений определяется по пределу текучести σт в зависимости от диаметра болта d при статических или переменных нагрузках. Решите несколько примеров на расчеты болтов.

Вопросы для самопроверки:

1. Почему в резьбовых соединениях применяют треугольный профиль резьбы? 2. Как распределяется нагрузка по виткам резьбы? 3. Как определяется угол подъема резьбы? 4. Как определить усилие по оси болта, если известен скручивающий момент? 5. Как рассчитывают болт, нагруженный только осевой силой (затяжка болта отсутствует)? 6. Как учитывается крутящий момент при расчете болтов, установленных с предварительной затяжкой? 7. В чем различие расчета незатянутых и затянутых болтов? 8. Как рассчитывают болт, нагруженный силой поперек оси болта (болт поставлен в отверстие с зазором и без зазора)? 9. Какие устройства применяют для разгрузки болта от поперечной силы? 10.Как рассчитывают болт клеммовых соединений и групповые болты, подверженные действию момента в плоскости соединения деталей? 11. Что предусматривают против самоотвинчивания болтов и гаек? 12. Как выбирают допускаемые напряжения для болта при действии на них статических и переменных нагрузок?

4.2.5 Ременные передачи

Сначала усвойте общие вопросы: виды передач и область их применения; конструкции, материал и соединение ремней; выбор ремней с учетом их работы. ГОСТы на ремни. Затем изучите основные критерии работоспособности и расчета ременной передачи (тяговая способность ремня и его долговечность).

В настоящее время разработана теория расчета ременной передачи только по тяговой способности, а долговечность ремня учитывается при расчете выбором параметром передач, установленных практикой.

При работе ремня имеет место его упругое скольжение по шкиву. Выясните причины, от которых зависит долговечность ремня. Ознакомившись с теорией ременной передачи, рассмотрите современный метод расчета ремней по кривым скольжения (по тяговой способности ремня). Изучая ременную передачу с натяжным роликом, обратите внимание на выбор места его установки, на устройство и применение успокоителя (демпфера), особенности расчета этой передачи, ее преимущества и недостатки.

При изучении клиноременной передачи усвойте преимущества и недостатки этой передачи по сравнению с плоскоременной; подбор ее основных элементов по стандартам. Обратите внимание на предельные окружные скорости шкивов в зависимости от их материала.

Вопросы для самопроверки:

1. В чем преимущества и недостатки ременных передач по сравнению с другими? 2. Какие требования предъявляются к приводным ремням? 3. В чем различие между упругим скольжением ремня по шкиву и буксованием? 4. Что такое приведенный коэффициент трения и какое значение он имеет для клиновых ремней? 5. Как определяется передаточное отношение ременной передачи с учетом упругого скольжения ремня? 6. Как определяют натяжение в ветвях ремня при простом ходе и при работе? 7. Что такое коэффициент тяги и как он определяется? 8. Как учитывается при расчете ремня его долговечность? От каких факторов он зависит? 9. Изложите методику расчета ремней по тяговой способности. 10. Какое влияние оказывает угол клинового ремня на силу трения его со шкивом? 11. Как определяют давление ремня на вал в ременной передаче? 12. Почему при определении допускаемого напряжения в ремне вводятся корректирующие коэффициенты? 13. От каких факторов зависит полезное допускаемое напряжение в ремне? 14. Почему расчет приводного ремня производится по тяговой способности, а не на прочность по максимальным напряжениям?

4.2.6 Зубчатые передачи

Уясните, какие силы действуют в зацеплении прямозубой, косозубой и шевронной цилиндрической и прямозубой конической передач; виды разрушения зубьев; схему нагрузки на зуб прямозубого цилиндрического колеса; метод вывода формул расчета зубьев на изгиб и на контактную прочность при проектных и проверочных расчетах зубчатых передач; ознакомьтесь с рекомендациями по выбору степени точности зубчатых передач.

Усвойте связь между основными параметрами зубчатых колес, ознакомьтесь с разбивкой общего передаточного числа редуктора по отдельным его ступеням. Выясните, в каких случаях необходимо придерживаться стандартных параметров редукторов.

Вопросы для самопроверки:

1.На чем основан принцип действия зубчатой передачи? 2. Нарисуйте кинематические схемы зубчатых передач. 3. Каковы достоинства и недостатки

зубчатых передач? 4. Как различают зубчатые передачи по взаимному расположению валов, видов зубьев и форме

профиля зуба? 5. Какие различают виды разрушения зубьев колес? 6. Чему равна длина контактной линии в прямозубой и косозубой цилиндрических передачах? 7. Как определяется нагрузка по длине контактных линий в косозубой цилиндрической передаче? 8. Какому значению равна удельная нагрузка в полюсе зацепления в косозубой цилиндрической передаче? 9. Какие колеса требуют более высокой точности изготовления и монтажа – цилиндрические или конические? Какие при одной и той же нагрузке быстрее выходят из строя? 10. Почему в косозубых цилиндрических колесах нагрузка на зуб распределяется по длине контактной линии неравномерно? 11. В каких случаях применяют прямозубые, косозубые, шевронные и конические передачи? 12. Какими соображениями руководствуются при выборе материалов для зубчатых колес? 13. Какие причины вызывают усталостные разрушения рабочих поверхностей зубьев? 14. Что называется редуктором? 15. Почему открытые зубчатые передачи не применяются при высоких окружных скоростях? 16. Каковы преимущества и недостатки планетарных передач по сравнению с другими зубчатыми передачами? 17. По каким формулам определяют допускаемые контактные напряжения и напряжения от изгиба с учетом режима нагрузки и срока службы передачи? 18. Какие факторы учитывают при назначении степени точности и сопряжения зубьев передачи? 19. Какие смазочные материалы применяют для зубчатых передач?

4.2.7 Червячные передачи

Изучите конструкцию червячной передачи, ее достоинства, недостатки и область применения; кинематику передачи; определение сил, действующих в зацеплении; вывод формул к.п.д. при ведущем червяке, основные критерии работоспособности и расчета; вывод формул проверочного и проектного расчетов рабочей поверхности зубьев колеса на контактные напряжения и на изгиб для тихоходных передач; как проверяется тело червяка на прочность и жесткость; расчет редуктора на нагрев; применение искусственного охлаждения; глобоидную передачу, особенности ее конструкции и расчета.

Вопросы для самопроверки:

1. Какими преимуществами и недостатками обладает червячная передача по сравнению с зубчатой? 2. Какому значению равны максимальное и минимальное числа зубьев червячного колеса и почему они регламентированы? 3. Из каких соображений назначают числа заходов червяка? 4. Почему не применяют со стальным червяком червячное колесо из твердого материала? 5. Каковы основные причины разрушения рабочих поверхностей зубьев колеса? 6. ОТ каких факторов зависит к.п.д. червячной передачи, и каковы ее предельные значения? 7. В каких случаях в червячных передачах применяется проектный расчет зубьев на изгиб? 8. По каким формулам определяют номинальные (базовые) допускаемые контактные напряжения и напряжения от изгиба для бронзовых червячных колес. 9. По каким формулам определяют допускаемые контактные напряжения и напряжения от изгиба с учетом переменности режима нагружений и требуемого срока службы? 10. Какие мазки применяют для червячных передач?

4.2.8 Цепные передачи

Нужно знать между основными параметрами цепной передачи (мощность, скорость цепи, угловая скорость звездочки, передаточное отношение, к.п.д., межосевое расстояние и др.); конструкции приводных цепей; материалы цепей и звездочек; силы в цепной передаче; динамику передачи; расчет цепей на прочность. Ознакомьтесь со способами смазки передачи.

Вопросы для самопроверки:

1. Каковы преимущества и недостатки приводных цепей? 2. Какие предельные значения мощности, скорости и передаточного отношения рекомендуется для цепной передачи? 3. Как определяется расчетная нагрузка на цепь? 4. Какова причина дополнительных динамических нагрузок; колебания ветвей цепи и неравномерности хода передачи? 5. Какие деформации возникают в элементах цепи? 6. Вследствие каких причин цепная передача выходит из строя? 7. Как выбирают шаг цепи?

4.2.9 Оси и валы

Нужно знать, по каким формулам выполняют проектный и проверочный расчеты валов и осей на прочность. Расчеты осей и валов сопровождать расчетной схемой нагрузок в плоскостях и эпюрами крутящих, изгибающих моментов.

Вопросы для самопроверки:

1. По каким критериям прочности рассчитывают валы? 2. Какие деформации возникают в неподвижных и вращающихся осях и валах? 3. Какова методика проведения проектного и проверочного расчетов валов на статическую прочность и выносливость? 4. Какие предельные значения запасов прочности по усталости принимают для валов? 5. В каком случае рассчитывают вал на критическое число оборотов?

4.2.10 Муфты

Уметь изображать на бумаге конструкции и знать, в каких случаях применяют постоянные глухие, компенсирующие, подвижные, упругие, сцепные, предохранительные и обгонные муфты. Знать преимущества и недостатки муфт, их выбор по крутящему моменту и расчет элементов.

Вопросы для самопроверки:

1. Для чего предназначены муфты? На какие основные группы они делятся по конструкции и назначению? 2. Как устроена упругая муфта МУВП и как производится проверочный расчет ее деталей? 3. Опишите конструкцию зубчатой муфты, и как она подбирается. 4. На какие типы делят сцепные муфты? 5. Почему фрикционные муфты имеют преимущественное применение? На какие типы они делятся, как устроены, как работают и как рассчитываются? 6. Как устроены и как рассчитываются предохранительные муфты? 7. Опишите устройство и работу центробежной муфты и укажите, в каких случаях ее применяют. 8. Как устроена и где применяется муфта свободного хода (обгонная)?

4.2.11 Подшипники скольжения

Обратите внимание на конструкцию подшипников и материалы, из которых их изготовляют; зависимость работы подшипников от материала их вкладышей, от качества и подвода смазки к трущимся поверхностям; выбор материалов для вкладышей с учетом их стоимости и дефицитности; возможность замены бронзы и

высококачественных баббитов более дешевыми антифрикционными сплавами и чугуном; виды смазки, условия их применения и способы подвода к трудящим

поверхностям; условный расчет подшипников и подпятников по удельному давлению и по произведению давления в подшипнике на скорость скольжения; расчет подшипников на жидкостное трение на основе гидродинамической теории смазки.

Вопросы для самопроверки:

1. В каких областях машиностроения подшипники скольжения имеют большее применение, чем подшипники качения? 2. Из каких деталей состоят подшипники скольжения и из каких материалов они изготовляются? 3. Что является важным условием для нормальной работы подшипника? 4. В каких случаях применяется самоустанавливающийся подшипник? 5. Какие требования предъявляются к материалам подшипников скольжения и для каких скоростей и давлений применяют те или иные материалы? 6. Чем характеризуются жидкие масла и косистенные смазки? В каких случаях они применяются? 7. Назовите твердые смазочные материалы и в каких случаях они применяются? 8. Как в подшипник должна подводиться смазка и как она там распределяется? 9. Назовите критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения.

4.2.12 Подшипники качения

Обратите внимание на роль подшипников качения в современных приводах и машинах; преимущества и недостатки шарико- и ролико- подшипников, типы и классификацию подшипников по ГОСТу, подбор подшипников по каталогам по величине коэффициентов работоспособности и диаметру вала (оси), выбор типов подшипников качения при различных числах оборотов; подсчет коэффициентов работоспособности для радиально-упорных подшипников при различном расположении на опорах и различном соотношении действующих на них радиальных усилий, основные правила конструирования узлов с подшипниками качения, их монтаж и регулировку; выбор посадок и их обозначение по ГОСТу на подшипниковых узлах.

Вопросы для самопроверки:

1. Из каких деталей состоит подшипник качения? Вычертите эскизы основных типов качения, приведите их характеристики. 2. Перечислите достоинства и недостатки подшипников качения. Какие подшипники более быстроходны и какие большую грузоподъемность? 3. Какие силы воспринимают различные подшипники качения? 4. В каких случаях применяют самоустанавливающиеся подшипники качения? 5. Из каких материалов изготовляют детали подшипников качения? 6. Как распределяется нагрузка между телами качения подшипника? 7. Какие смазки применяют для подшипников качения и какая из них более эффективна? 8. Перечислите причины выхода из строя подшипников качения. 9. По каким критериям производятся практический расчет и выбор подшипников качения? 10. Как рассчитывают и подбирают подшипники качения на долговечность по динамической грузоподъемности? 11. Какие посадки применяют для соединения вала с внутренним кольцом, наружного кольца с корпусом и как они обозначаются на узловом чертеже? 12. На какие типы разделяют уплотняющие устройства по принципу действия? 13. Как производится монтаж и демонтаж подшипников качения?