Детали машин
Лекция № 1
Основные понятия по курсу "Детали машин"
Детали машин – научная дисциплина по теории расчету и конструированию деталей и узлов общего машиностроительного применения. В ее задачи входит обобщение инженерного опыта по созданию машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и узлов конструкций. Эта дисциплина наглядно демонстрирует как инженерных замысел претворяется в конструкцию.
Детали машин – наука о рациональном проектирования.
Механизмом называют систему твердых тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел (коробка передач, редуктор).
Машиной называют механизм или устройство, выполняющее механические движения, служащее для преобразования энергии с целью облегчения физического или умственного труда человека и повышения производительности. Любая машина состоит из деталей.
Деталь – часть машины, которую изготовляют без сборочных операций. Детали могут быть простыми (винт, шпонка) или сложными (коленчатый вал). Несколько деталей, собранных в одно целое, образуют сборочную единицу или узел. Среди множества деталей можно выделить такие, которые применяют в разных машинах: винты крепежные, зубчатые колеса, подшипники качения, муфты. Эти детали называют деталями общего назначения и изучают в курсе "Деталей машин".
Правила конструирования.
При проектировании рассчитывают на нормальные условия эксплуатации.
Конструирование – это поиск оптимального компромиссного решения.
При конструировании должны быть выполнены условия равнопрочности.
Объекты изучения в курсе "Деталей машин"
Соединения и детали соединений.
Соединения разделяют на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения допускают многократную переборку. Основные типы: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые.
Неразъемные соединения не допускают многократной переборки. Для разборки такого соединения его нужно разрушить. Основные типы: сварные, клеевые, паяные, заклепочные.
Детали передач. В курсе рассматривают механические передачи: зубчатые, волновые, червячные, ременные, цепные.
Детали, обслуживающие вращательное движение: валы и оси, подшипники качения и скольжения, муфты приводов.
Критерии работоспособности и расчета деталей машин.
Основные
критерии работоспособности деталей
машин
Прочность
Жесткость
Устойчивость
Износостойкость
Теплостойкость
Надежность
Виброустойчивость
Работоспособность – состояние детали, узла, машины нормально выполнять заданные функции, т.е. с установленными кинематическими и энергетическими параметрами.
Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций.
В курсе "Детали машин" общие методы расчета на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов. На практике применяют расчеты на прочность по нормальным напряжениям, по коэффициентам безопасности или по вероятности безотказной работы.
Нагрузки, определяющие напряженное состояние деталей можно подразделить на постоянные и переменные. Однако постоянные нагрузки могут также вызывать переменные напряжения (при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом).
Основные направления повышения прочности:
следует избегать действия изгибных напряжений. Конструировать следует так, чтобы материал работал на растяжение или сжатие (мост-ферма).
выбирать рациональную форму. Для избежания высоких значений напряжений сосуды высокого давления выполняют сферическими, а не призматическими.
оптимизировать форму с целью ликвидации концентраторов напряжений.
Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой.
Мероприятия по повышению жесткости.
рациональное расположение опор.
Применение материалов с высоким модулем упругости: сталей, чугунов.
Выбор рациональной формы сечения.
Изностойкость – свойства материала оказывать сопротивление изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения вследствие трения материала с поверхности твердого тела, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы.
Мероприятия по уменьшению изнашивания:
Следует избегать применения открытых поверхностей трения, подверженных абразивному воздействию.
Совершенствование уплотнительных устройств.
Обеспечение равномерного распределения давления поверхности; повышение поверхностной твердости (закалка снижает износ в 2 раза).
Обеспечение совершенного трения (гидродинамического, гидростатического, трения качения)
Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Нагрев деталей приводит к снижению механических характеристик материала и к появлению пластических деформаций, заеданию, заклиниванию, снижению вязкости масла.
Для обеспечения нормального теплового режима работы проводят тепловые расчеты и определяют среднюю температуру.
С целью повышения теплоотдачи предусматривают охлаждающие ребра, принудительное охлаждение или увеличивают размеры корпуса.
Виброустойчивость – способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса. Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, вызывают дополнительные напряжения в деталях. Особенно опасны резонансные колебания.
Расчеты на виброустойчивость выполняют для машины в целом. Они сводятся к определению собственных колебаний механической системы и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний.
К устройствам для снижения колебаний относят маховики и демпферы, рассеивающие энергию колебаний.
Надежность – способность изделия сохранять эксплуатационные функции в течении требуемого времени.
Показатели качества изделия по надежности: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность – свойства изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.
Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния.
Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта.
Временны'е понятия надежности: наработка, ресурс и срок службы.
Наработка – продолжительность или объем работы изделия (в часах, км пробега, числах циклов нагружений).
Ресурс – суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, км пробега, и др.).
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние (в годах). Срок службы включает наработку изделия и время простоев.