С АНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Машиноведение и детали машин" Курс лекций

по дисциплине

"Детали машин и основы конструирования"

для студентов

направления подготовки бакалавров:

– Наземные транспортные системы;

специальности:

– Автомобиле- и тракторостроение;

– Многоцелевые гусеничные и колесные машины;

Лектор: Заборский Е.В.

Санкт-Петербург

2012

Введение

Машиноведение – наука о машинах, объединяющая комплекс научных дисциплин, связанных с машиностроением;

Детали машин – научная дисциплина по теории, расчету и конструированию составных частей машины: деталей и улов общемашиностроительного применения;

Задачи дисциплины Детали машин:

- обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций;

- разработка научных основ расчета и проектирования деталей и узлов машин;

- обеспечение надежности элементов и узлов конструкции;

Курс Детали машин базируется на основных положениях:

- сопромата;

- теоретической механики;

- теории машин и механизмов;

1. Основы расчетов на прочность

ТРЕБОВАНИЯ,

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕХНИЧЕСКИМ ИЗДЕЛИЯМ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ИХ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ:

1. Надежность;

2. Экономичность;

3. Технологичность (при изготовлении и эксплуатации);

4. Безопасность;

5. Эстетичность;

6. Эргономичность (в т.ч. – утилизуемость);

7. Транспортабельность;

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации

Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями:

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными в технической документации) [например: изделие с поцарапанной окраской - работоспособно];

Исправность - состояние изделия, при котором оно удовлетворяет всем не только основным, но и вспомогательным требования (исправное изделие обязательно работоспособно) [например: изделие с поцарапанной окраской – работоспособно, но неисправно];

Неисправность - состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации;

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием работоспособности. При отказе функционирования выполнение своих функций техническим объектом – прекращается (например: поломка зуба шестерни); При параметрическом отказе некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (например: снижение точности станка и т.п.);

Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении заданного времени или наработки;

Долговечность - свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов;

Ремонтопригодность – свойство изделия, проявляющееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонтов;

Сохраняемость - свойство изделия сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности после хранения и транспортировки;

ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

П оказатели безотказности:

1. Вероятность безотказной работы (в.б.р.):

где N – число работоспособных изделий; N₀ – общее число изделий;

Для системы: (вероятность б.р. системы меньше, чем в.б.р. входящих в нее элементов)

2. Средняя наработка до отказа (для невосстанавливаемых изделий);

3. Средняя наработка на отказ (для восстанавливаемых изделий);

4. Интенсивность отказов (для невосстанавливаемых изделий);

5. Параметр потока отказов (для восстанавливаемых изделий);

Показатели долговечности (гамма-процентные, средние):

1. Технический ресурс (ресурс) – наработка объекта от начала эксплуатации дл предельного состояния. [час.; км; и др.]; (для невосстанавливаемых изделий понятия технического ресурса и наработки до отказа – совпадают);

2. Срок службы – календарная наработка до предельного состояния [в годах];

Показатели ремонтопригодности и сохраняемости:

1. Среде время восстановления работоспособного состояния;

2. Вероятность восстановления работоспособного состояния в заданное время;

3. Сроки сохраняемости (гамма-процентный, средний);

Для сложных систем: (гамма-процентные, средние):

- коэффициент технического использования;

- коэффициент готовности;

Критерии работоспособности деталей машин

1.Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или появлению больших пластических деформаций;

; ; ; - критерий прочности (при детерминированном подходе);

- критерий прочности (при вероятностно-статистическом подходе);

2. Жесткость - способность детали сопротивляться изменению формы;

; - критерии жесткости;

3. Износостойкость – способность детали сопротивляться изнашиванию (процессу изменения формы детали в результате трения); [износ (линейный, весовой) – как результат изнашивания];

К ритерии износостойкости:1) - по давлению (МПа) – условный критерий, основанный на подобии;

2) - т.е. для жидкостного трения (толщина смазочного слоя д.б. больше суммарной шероховатости);

Меры, направленные на повышение износостойкости:

1. Обоснованный выбор материалов пары трения;

2. Упрочнение поверхности;

3. Надежность и совершенство системы смазывания;

4. Создание режима избирательного переноса (когда металл одной детали за счет введения специальных добавок переносится на поверхность сопряженной детали – эффект безизносности);

5 . Проектирование равновесных форм поверхности (например, скос на каблуках кроссовок);

4. Теплостойкость – способность детали работать в заданном диапазоне температур (нормальных, повышенных, отрицательных);

Повышение температуры в машинах обусловлено:

- рабочим процессом;

- потерями в парах трения;

- окружающей средой;

Повышение температуры ведет к изменению:

- механических свойств материалов (перекристаллизация);

- свойств смазочных материалов (деструкции; изменению вязкости);

- свойств трущихся деталей (например, в муфтах сцепления);

- зазоров в парах трения и кинематических парах;

- размеров деталей;

Критерии оценки теплостойкости:

1) - прямой критерий;

2) - косвенный критерий (на основе теории подобия); где р – давление, МПа; V – скорость, м/с;

Меры, направленные на повышение теплостойкости:

1. Обоснованный выбор материалов;

2. Повышение КПД механизмов;

3. Надежная система охлаждения;

4. Надежная система смазывания;

5. Устойчивость – способность сжатых стержней сопротивляться изменению формы при (сопротивление потери устойчивости);

F _кр – критическая нагрузка;

Важный параметр, влияющий на устойчивость гибкость: λ ;

Меры, направленные на повышение устойчивости:

- правильный выбор условий закрепления (μ);

- ограничение длины детали (стержня);

- подбор сечения детали;

6. Виброустойчивость – способность машины работать в заданном диапазоне частот без динамических нагрузок;

Важный параметр – коэффициент динамичности: К_д;

Проектировать надо так, чтобы рабочая частота находилась вне резонансной зоны;

- дорезонансная зона;

- зарезонансная зона;

При проектировании можно менять собственную частоту путем изменения жесткости системы (например, установкой упругих муфт);