
- •А.А. Ульянов детали машин и основы конструирования комплекс учебно-методических материалов
- •Часть 1
- •1. Пояснительная записка
- •2. Рабочая учебная программа дисциплины
- •3. Опорный конспект лекций введение
- •1. Общие вопросы расчета деталей машин
- •1.1. Ряды предпочтительных чисел
- •1.2. Основные критерии работоспособности деталей машин
- •1.3. Расчет на сопротивление усталости при переменных напряжениях
- •1.3.1. Переменные напряжения
- •1.3.2. Пределы выносливости
- •1.4. Коэффициенты безопасности
- •2. Резьбовые соединения
- •2.1. Основные виды крепежных изделий
- •2.2. Краткие сведения из теории резьбовой пары
- •1. Момент завинчивания и осевая сила на винте
- •2. Самоторможение в резьбе
- •3. Кпд резьбовой пары
- •4. Распределение осевой силы по виткам резьбы
- •5. Прочность резьбового участка стержня болта
- •6. Прочность витков резьбы на срез
- •7. Эксцентричное нагружение болта
- •2.3. Расчет болтовых соединений
- •2.3.1. Нагрузка на соединение
- •2.3.2. Сдвиг соединения под действием Fx, Fy, Тz
- •2.3.3. Отрыв соединения под действием Fz, Mx, My
- •2.4. Сила затяжки
- •1. Сила затяжки из условия отсутствия сдвига
- •2. Сила затяжки из условия нераскрытия стыка
- •2.5. Порядок расчета болтов для общей схемы нагружения
- •2.5.1. Расчет при статической нагрузке
- •2.5.2. Расчет при переменной нагрузке
- •3. Механические передачи
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Характеристика передач привода
- •4. Зубчатые передачи
- •4.1. Условия работоспособности зубьев
- •4.2. Материалы зубчатых передач
- •4.3. Характерные виды разрушения зубьев
- •1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев
- •4.4. Расчетная нагрузка
- •4.4.1. Коэффициенты расчетной нагрузки
- •4.4.2. Точность зубчатых передач
- •4.5. Цилиндрические зубчатые передачи
- •4.5.1. Силы в зацеплении
- •4.5.2. Расчет на сопротивление контактной усталости
- •4.5.3. Расчет на сопротивление изгибной усталости
- •1. Прямозубая передача
- •2. Косозубая передача
- •3. Определение модуля передачи
- •4.6. Конические зубчатые передачи
- •4.6.1. Основные параметры
- •4 .6.2. Силы в зацеплении
- •4.6.3. Расчет на сопротивление контактной усталости
- •4.6.4. Расчет на сопротивление усталости при изгибе
- •5. Червячные передачи
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Силы в зацеплении
- •5.3. Материалы червячных передач
- •5.4. Расчет на прочность
- •5.5. Тепловой расчет
- •6. Валы и оси
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Расчетная нагрузка и критерии работоспособности
- •6.3. Проектировочный расчет валов
- •6.4. Расчетная схема и порядок расчета вала
- •6.5. Расчет на статическую прочность
- •6.6. Расчет на сопротивление усталости
- •6.7. Расчет валов на жесткость и виброустойчивость
- •7. Подшипники качения
- •7.1. Классификация подшипников качения
- •7.2. Обозначение подшипников по гост 3189-89
- •7.3. Особенности радиально-упорных подшипников
- •7.4. Схемы установки подшипников на валах
- •7.5. Расчетная нагрузка на радиально-упорные подшипники
- •7.6. Причины выхода из строя и критерии расчета
- •7.7. Материалы деталей подшипников
- •7.8. Подбор подшипников по статической грузоподъемности (гост 18854-94)
- •7.9. Подбор подшипников по динамической грузоподъемности (гост 18855-94)
- •7.9.1. Исходные данные
- •7.9.2. Основание подбора
- •7.9.3. Особенности подбора подшипников
- •8. Подшипники скольжения
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Условия работы и режимы трения
- •8. Содержание опорного конспекта лекций
- •4. Описание практических занятий
- •4.1. Лабораторные работы
- •4.2. Практические занятия
- •4.2.1. Практическое занятие 1
- •4.2.2. Практическое занятие 2
- •5. Задания и варианты исходных данных к контрольной работе
- •6. Методические указания и образец выполнения контрольной работы
- •6.1. Методические указания по выполнению работы
- •6.2. Приложения к контрольной работе
- •6 .3. Образец выполнения контрольной работы
- •1 Элементы основной конструкции
- •1.1 Детали, их материалы и характеристика
- •1.2 Проверка прочности основной конструкции
- •2 Сварное соединение
- •2.1 Конструкция соединения
- •2.2 Расчет соединения
- •2.2.2 Расчет швов №1
- •2.2.3 Расчет шва №2
- •3 Шпилечное соединение
- •3.1 Конструкция соединения
- •3.2 Нагрузка на соединение
- •3.3 Усилия предварительной затяжки
- •3.4 Прочность шпильки
- •3.5 Возможность затяжки соединения
- •3.6 Проверка деталей стыка на смятие
- •3.7 Проверка упора на смятие
- •3.8 Комплект крепежных изделий
- •4. Список использованной литературы
- •7. Контроль знаний
- •7.1. Вопросы и задания для самоконтроля знаний.
- •7.1.1. Раздел 1*
- •7.1.2. Раздел 2
- •7.1.3. Раздел 3
- •7.1.4. Раздел 4
- •7.1.5. Разделы 5 и 6
- •7.2. Вопросы для самоконтроля усвоения материала лабораторных работ и сдачи зачета
- •8. Глоссарий
- •9. Список литературы
- •9.1. Основная
- •9.2. Дополнительная. Методические указания кафедры
- •Содержание
8. Глоссарий
Вал – тело вращения, предназначенное для поддержания вращающихся на нем деталей и передачи вращающего момента;
– бурт – выступ, высота которого равна разности радиусов двух соседних участков;
– галтель – поверхность плавного перехода от меньшего диаметра к большему;
– гладкий – все участки вала одного диаметра;
– "осевая игра" – это допустимые осевые зазоры при сборке в комплекте подшипников для нормальной эксплуатации узла с учетом выборки этих зазоров при рабочей температурной деформации вала;
– ступенчатый – участки вала разных диаметров, образуя на стыках ступени;
– фасонный – на участках вала за одно целое с ним выполнены элементы передач или соединений (вал-шестерня, вал-червяк, шлицевый вал и др.);
– цапфы – опорные части валов и осей;
– шейки – промежуточные цапфы (например, у коленчатых валов);
– шипы – концевые цапфы (отсюда опоры валов и осей называют подшипниками).
Вариатор – механизм, предназначенный для бесступенчатого регулирования скорости.
Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет отказ изделия.
Виброустойчивость – способность конструкции работать в режиме колебаний, далеком от области резонанса.
Вращение – круговое движение чего-либо;
– левое – против часовой стрелки;
– правое – по часовой стрелке;
– реверсирование – изменение направления движения (вращения).
Деталь – изделие, выполненное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы или размеров под нагрузкой.
Зубья – выступы. равномерно чередующиеся со впадинами на поверхности колеса;
– высокотвердые – с твердостью поверхности Н ≥ 56 HRC, подвергаемые после закалки химико-термической обработке: цементации, нитроцементации, азотированию;
– круговые – в конических редукторах, нарезанные по дугам окружностей специальными зуборезными головками с разводными резцами по торцам;
– мягкие – с твердостью поверхности Н 350 НВ, которые нарезаются после термообработки: нормализации или улучшения;
– твердые – с твердостью поверхности Н = (40…55) HRC; улучшенные зубья, подвергаемые закалке (чаще ТВЧ) после их нарезания.
Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию поверхности контакта вследствие трения материала.
Класс прочности крепежных изделий – цифры, выражающие характеристику статической прочности изделий.
Комплекс – две или более сборочных единицы, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций.
Конуса конической передачи
– дополнительные – образующие которых перпендикулярны образующей основного делительного конуса.
– основные – с вершинами в точке О – пересечения осей валов;
Коробка передач – механизм ступенчатого (дискретного) переключения скоростей передач.
Коэффициент безопасности – отношение предельных напряжений к максимальным расчетным.
Критерий – "мерило значения чего-либо" (С. Ожегов); признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация чего-либо.
Муфты – устройства для соединения концов валов сборочных единиц или валов со свободно установленными на них деталями;
– глухие – для жесткого соединения строго соосных валов (втулочная, фланцевая);
– компенсирующие – для компенсации несоосностей осей валов и снижения требований к их установке: жесткие (зубчатая, цепная, шарнирная) и упругие (со звездочкой, с торообразной оболочкой, втулочно-пальцевая, с конусной шайбой, с металлическими упругими элементами);
– предохранительные – для предохранения деталей машин от разрушения при перегрузках (кулачковая, шариковая, фрикционная, с разрушающимся элементом);
– управляемые – с помощью механизмов управления возможно соединение и разъединение вращающихся или неподвижных валов
Нагрузка – общее понятие силы, момента силы, мощности, давления;
– динамическая – изменяющаяся во времени, которая вызывает колебания и появление переменных напряжений в изделии;
– расчетная – номинальная (идеальная) нагрузка с учетом влияния погрешностей изготовления и условий эксплуатации (учитываются введением коэффициентов расчетной нагрузки);
– статическая – постоянная или мало изменяющаяся во времени, которая не вызывает колебаний системы и приводит к постоянным напряжениям;
Надежность – свойство изделия сохранять во времени работоспособность в заданных условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Напряжения контактные – поверхностные напряжения, возникающие на поверхности контакта двух деталей под нагрузкой, если хотя бы один из размеров площадки контакта существенно мал по сравнению с другими размерами контактирующих тел (например, первоначальный контакт по линии или в точке).
Наработка – продолжительность или объем работы изделия.
Образец материала испытательный – это гладкий полированный цилиндрический стержень малого (например, 10 мм) диаметра со свободной боковой поверхностью, без термообработки и поверхностного упрочнения.
Опора – подшипник, на котором вал или ось устанавливаются в корпус сборочной единицы;
– "плавающая" – имеющая свободу перемещения вала в осевом направлении в обе стороны;
– фиксирующая – препятствующая осевому перемещению вала в одну сторону (односторонне-фиксирующая) или в обе стороны (двухсторонне-фиксирующая).
Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.
Параметры – любые величины изделия;
– биэквивалентные – параметры прямозубой цилиндрической передачи, получен-ные двойным приведением к ней заданной передачи (например, конической с круговыми зубьями);
– расчетные – параметры, окончательные величины которых, полученные в результате расчетов, устанавливаются согласно нормативным документам (например, ГОСТам);
– эквивалентные – параметры заданной передачи, приведенные к равнозначным параметрам прямозубой цилиндрической передачи. .
Передача – механизм для сообщения энергии от двигателя к рабочему органу при согласовании их скоростей вращения;
–
96
– зубчатая – передача вращения путем зацепления зубьев со впадинами двух и более зубчатых колес;
– закрытая – передача, находящаяся в герметичном корпусе;
– коническая – с пересекающимися осями зубчатых колес;
– открытая – передача, установленная открыто, без корпуса в окружающей среде
– ременная – передача, состоящая, как минимум, из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы с предварительным натягом при сборке для создания силы трения между ремнем и шкивами, передающей полезную нагрузку;
– степень точности – комплекс нормированных стандартами допусков, регламентиру-
ющих кинематическую точность, плавность и пятно контакта в зацеплении передачи;
– ступень – передача, расположенная между двумя соседними валами;
– цилиндрическая – с параллельными осями зубчатых колес;
– волновая – вращение передается за счет перемещения зоны деформации гибкого звена, которое деформируется генератором волн и зубья которого входят в зацепление с зубьями жесткого колеса.;
– планетарная – передача, имеющая зубчатые колеса с подвижными осями, которые установлены в водиле;
– реечная – передача, в которой зубья шестерни зацепляются с зубьями плоской рейки;
– червячная – передача, в которой витки винта зацепляются с зубьями червячного колеса;
– фрикционная – движение от ведущего тела к ведомому передается силами трения;
– цепная – зубья ведущей и ведомой звездочек зацепляются со втулками или роликами приводных цепей.
Передаточное отношение – отношение угловой скорости ведущего элемента передачи к угловой скорости ведомого.
Передаточное число – отношение числа зубьев ведомого элемента передачи к числу зубьев ведущего.
Предел выносливости – максимальное напряжение, которое может выдержать образец материала при наработке заданного числа циклов.
Привод – устройство, включающее в себя двигатель и передаточный механизм.
Подпятник – опора вертикального вала, воспринимающая осевую нагрузку.
Подшипник качения – основная опора валов и вращающихся осей, в которой подвижное и неподвижное кольца разделены телами качения (шариками или роликами);
– "враспор" – схема установки радиально-упорных подшипников, когда точки приложения сил реакций вала находятся между его опор, а наружные кольца подшипников – снаружи опор;
– "врастяжку" – схема установки радиально-упорных подшипников, когда точки приложения сил реакций вала находятся снаружи опор, а наружные кольца подшипников – между опорами;
– грузоподъемность – силовая характеристика подшипника;
– базовая динамическая: для радиальных и радиально-упорных подшипников – это базовая динамическая радиальная грузоподъемность Сr (для упорных и упорно-радиальных подшипников – базовая динамическая осевая грузоподъемность Са) – такая постоянная радиальная (осевая) нагрузка, которую может выдержать партия идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом при базовом расчетном ресурсе, равном 1 миллиону оборотов. Значения С приводятся в каталогах;
– базовая статическая: для радиальных и радиально-упорных подшипников –
97
– предварительный натяг – пару подшипников при сборке нагружают осевой силой, которая устраняет зазоры и создает начальную упругую деформацию в местах контакта колец с телами качения. После нагружения рабочей осевой нагрузкой осевое относительное перемещение деталей подшипников будет значительно меньше, жесткость узла выше.
– серия – признак классификации подшипников по грузоподъемности;
– ресурс:
– базовый расчетный ресурс в миллионах оборотов – ресурс, соответствующий 90%-ной надежности для конкретного подшипника группы идентичных подшипников, изготовленных из обычного материала по обычной технологии и работающих в одинаковых обычных условиях эксплуатации;
– скорректированный расчетный ресурс – ресурс, рассчитанный при отличии свойств материала или условий эксплуатации от обычных, а также при повышенных требованиях к надежности;
– скоростной параметр – произведение среднего диаметра подшипника на его частоту вращения;
– тип – признак классификации подшипников по соотношению радиальной и осевой нагрузок;
– эквивалентная нагрузка:
– статическая – это такая постоянная условная нагрузка, которая вызывает в зоне контакта такие же напряжения, как и в условиях действительного нагружения;
– динамическая – постоянная условная нагрузка, под воздействием которой подшипник будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.
Подшипник скольжения – опора, основанная на использовании трения скольжения;
– баббит – специальный подшипниковый сплав на основе олова и свинца;
– гидродинамическое давление – давление, возникающее в сужающемся клиновом зазоре, заполненном маслом определенной вязкости, при движении в нем со скоростью выше критической;
– режим жидкостного трения – состояние, при котором толщина слоя масла, воспринимая приложенную нагрузку, полностью и надежно разделяет металлические поверхности цапфы вала и вкладыша.
Прочность – способность детали сопротивляться разрушению под действием приложенных нагрузок.
Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции.
Редуктор – одна или несколько зубчатых (червячных) передач, помещенных в герметичный корпус, работающих в смазке и предназначенных для уменьшения угловой скорости и увеличения вращающего момента;
– мотор-редуктор – сборочная единица, в которой электродвигатель и редуктор объединены в одном корпусе.
Режим нагружения – характер изменения параметров (нагрузки, скорости) циклов, действующих на деталь в течение заданного ресурса;
– типовой – эквивалентный режим, установленный на основании статистической обработки режимов нагружения различных машин (стандартом принято шесть типовых режимов;
– эквивалентный – это условный постоянный режим нагружения, равнозначный по своему усталостному воздействию на разрушение детали, что и действительный нерегу-лярный режим.
Резьба – образование на поверхности детали выступов и впадин, идущих по винтовой линии;
–
98
– самоторможение – сохранение затянутого положения гайки так, что для ее отвинчивания следует приложить внешний момент;
– трапецеидальная – с симметричным трапецеидальным профилем, угол профиля 300.
– угол подъема – арктангенс отношения хода винта к длине окружности по среднему диаметру резьбы.
– упорная – с несимметричным трапецеидальным профилем, углы профиля сторон 300 и 30;
– ход винта – расстояние, на которое переместится винт за один оборот при неподвижной гайке;
– шаг – расстояние между одноименными боковыми сторонами двух соседних профилей, измеренное вдоль оси;
Ресурс – суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние.
Ряды предпочтительных чисел – ряды чисел геометрической прогрессии со знаменателем φ = 101/ n (основа стандартизации).
Сборочная единица (узел) – изделие, детали которого подлежат соединению между собой сборочными операциями на предприятии-изготовителе.
Сила в зубчатых и червячных передачах
– нормальная – сила, направленная по линии зацепления нормально к поверхности контакта зубьев;
– окружная – сила, направленная по касательной к делительным окружностям; основная, полезная сила;
– осевая – сила, направленная параллельно оси зубчатого колеса
– радиальная – сила, направленная по линии центров (радиусам) эубчатых колес.
Соединение – образование неподвижной связи двух или более деталей при помощи сборочных операций;
– заклепочное – соединение, образованное пластическим деформированием стержня детали (заклепки), свободно установленного в отверстия соединяемых деталей;
– клеевое – соединение деталей неметаллическим веществом (клеем), образующим между ними тонкую прослойку, посредством поверхностного схватывания и межмолекулярных связей в клеящем слое;
– паяное – соединение элементов конструкции межатомными связями между материалами деталей и присадочным материалом, который называется припоем;
– резьбовое – соединение винта (стержень с наружной резьбой) и гайки (отверстие с внутренней резьбой);
– предварительная затяжка – осевая сила, которая создается при сборке соединения так, чтобы после приложения рабочей нагрузки не произошло раскрытия стыка или сдвига деталей в соединении;
– с гарантированным натягом – фрикционное соединение, передающее рабочие нагрузки за счет сил трения между сопряженными поверхностями;
– сварное – соединение деталей при помощи сварки;
– нахлесточное – боковые поверхности деталей частично перекрывают друг друга т свариваются по сторонам перекрытия;
– стыковое – соединяемые детали являются продолжением друг друга и свариваются по торцам;
– тавровое – торец одной детали приварен к боковой поверхности другой детали под углом (чаще всего 900);
– угловое – детали установлены под углом друг к другу и приварены по кромкам
– фрикционно-винтовое (клеммовое) – соединение, в котором необходимая сила трения создается затяжкой винтов;
–
99
– шпоночное – соединение для передачи вращающего момента при помощи шпонки (стальной брусок), устанавливаемой в пазы вала и ступицы.
Срок службы – календарная продолжительность (наработка и время простоев) эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние (обычно в годах).
Ступица – утолщенная часть любого колеса, при помощи которой оно соединяется с валом или осью.
Стык деталей – поверхность контакта деталей в соединении;
– нераскрытие – отсутствие образования зазора на поверхностях контакта двух деталей под действием отрывающей нагрузки;
Теплостойкость – способность изделия работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Усталость – процесс накопления повреждений;
– выкрашивание поверхностного слоя – вырыв с поверхности детали за счет микротрещин частиц материала под действием контактных напряжений, в результате чего поверхность контакта покрывается "раковинами", "оспинами", "ямками" глубиной, например, в зубьях передач около 0,2 мм;
– кривая – графическая характеристика циклической долговечности материала или детали;
– разрушение – поломка детали в результате образования и развития усталостной трещины под длительным воздействием переменных напряжений;
Цикл изменения напряжения – характер единичного колебания напряжения, после которого колебания периодически повторяются;
– асимметричный – максимальные и минимальные напряжения не равны по модулю и не равны нулю;
– базовое число – абсцисса (число циклов) точки перелома NG (Nlim) кривой усталости;
– коэффициент асимметрии – отношение минимальных напряжений к максимальным, взятых со знаками;
– отнулевой – минимальные напряжения равны нулю;
– симметричный – максимальные напряжения равны по модулю, но противоположны по знаку.
Червяк – винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой;
– коэффициент диаметра q – отношение делительного диаметра червяка к модулю – стандартный параметр, введенный для исключения маложестких червяков;
– линейчатый – винтовая поверхность может быть образована прямой линией – прямолинейной кромкой резца на токарно-винторезном станке (архимедов ZA, конволютный ZN, эвольвентный ZI);
– нелинейчатый – нарезают дисковой фрезой конусной (червяк ZK) или тороидальной (червяк ZT) формы. Витки во всех сечениях имеют криволинейный профиль: в нормальном к витку сечении выпуклый, в осевом сечении вогнутый;
– число заходов z1 – число витков в торцовом сечении; по ГОСТ z1 = 1, 2 и 4.
Эксцентричное нагружение болта – внецентренное приложение осевой силы, приводящее к возникновению опасных напряжений изгиба в стержне болта.
100