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.

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.

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.

3) Критерии работоспособности деталей машин

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

4) Классификация резьб. Геометрические параметры резьбы

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные и неподвижные. Неподвижные связи в технике называют соединениями. Соединения обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство, облегчить сборку, ремонт, транспортировку. Все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные. Одним из самых распространенных видов разъемных соединений являются резьбовые соединения.

Резьба это выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии. Термин резьба произошел от технологического процесса ее изготовления - нарезания. Образованные в процес­се нарезки выступы носят название витков.

Резьбы классифицируются по различным признакам:

1) по форме профиля резьбы:

-треугольные;

-прямоугольные;

-трапецеидальные;

-упорные;

-круглые;

2) по форме основной поверхности:

- цилиндрические;

- конические (коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и т. п.)

3) по направлению винтовой линии:

- правые;

- левые;

4) по числу заходов:

- однозаходные;

- многозаходные (Р - шаг резьбы, Р_n-ход резьбы; z-число заходов; Р_n= Р^.z);

5)по назначению:

-крепежные;

-ходовые;

6) по форме профиля:

- метрические с треугольным профилем (основные крепежные резьбы);

- трубные (треугольные со скругленными вершинами и впадинами);

- круглые;

- прямоугольные (основные ходовые резьбы);

- трапецеидальные симметричные;

- упорные.

Геометрические параметры резьбы

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизованы. Метрическая резьба свое название получила из-за того, что все ее размеры измеряются в мм (в отличие от дюймовой резьбы).

d -наружный диаметр;

d₁ -внутренний диаметр

d₂ -средний диаметр ( диаметр воображаемого цилиндра, образующая которого пересекает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине канавки);

h -рабочая высота профиля;

Р -шаг ( расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы)

P_n -ход ( относительное осевое перемещение гайки за один оборот );

φ-угол подъема (угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру)

tqφ = P₁/π∙d₂ = P∙z/π∙d₂

Угол профиля метрической резьбы - α=60°

Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным шагом и мелким шагом.

5) Соотношение между окружными и осевыми усилиями в винтовой паре.

Момент завинчивания гаек и винтов

Прямоугольную резьбу болта развернем по среднему диаметру в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном.

Сила взаимодействия наклонной плоскости

c ползуном при относительном движении представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения. Следовательно, эта сила наклонена к нормали под углом трения . В результате разложения силы получим F_t= F_x∙tg(+φ),где F_t —движ. окружная сила.

Окружная сила трения для витка треугольного профиля: F_tf= N∙f = F_x∙f/cos (/2)= F_x∙f¹_прив,

где f¹_прив -приведенный коэффициент трения, а приведенный угол трения

ρ¹ = arсtgf¹

Определим момент трения в резьбе: Т_р = F_x∙d₂/2∙tg (φ+ρ¹)

При завинчивании гайки к ключу прикладывают момент завинчивания Т_зав⁼ Т_р+ Т_оп = F_pa6∙L,

где L-расчетная длина ключа; Т_р -момент в резьбе; Т_оп -момент трения на опорном торце гайки.

Т_оп = (F_x∙f/3)∙(D_o³-d_o³)/(D₀²-d₀²) ≈ F_x∙f (D₀+d₀)/2

Полезная работа W_полезн = F_x∙p∙z = F_x∙π∙d₂∙tg φ .

Затраченная работа равна произведению момента в резьбе на угол поворота в радианах W_затрач = F_x∙π∙d₂∙tg (φ+ρ¹) .