Загальні проблеми машинознавства.

• До загальних проблем машинознавства відносяться:

• розробка принципів створення машин, методів розрахунків і конструювання деталей і вузлів машин;

• проведення системного аналізу конструкцій та узагальнення інженерного досвіду проектування машин;

• вишукування шляхів підвищення питомих показників машин, удосконалення наявних конструкцій з метою підвищення коефіцієнта

• корисної дії та зменшення маси машин.

Прикладні проблеми машинознавства

• До прикладних проблем машинознавства належать:

• проведення структурного, кінематичного і динамічного аналізу схем механізмів і машин;

• підвищення працездатності, надійності і довговічності механізмів і машин.

• розвиток теорії та методів оптимального синтезу механізмів і машинних агрегатів за заданими умовами роботи.

• розробка теорії машин-автоматів;

• дослідження кінематики механізмів і машин, методів та засобів навантаження їх елементів, вимірів напружень, деформацій.

У цьому напрямку наукової галузі актуальними є:

• вивчення впливу матеріалів, технології обробки та умов експлуатації на працездатність, надійність, довговічність машин і механізмів;

• випробування та діагностика деталей машин і вузлів;

• розробка методів і засобів діагностики машин;

• розробка методів й засобів захисту машин від перевантаження.

Список рекомендованих джерел:

1. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

2. Кіницький Я. Т. Теорія механізмів і машин: Підручник. -К.: Наукова думка,2002 .-660 с. ISBN 966-00-0740-Х

3. Теорія механізмів і машин. Курс лекцій для студентів напряму підготовки 0902 "Інженерна механіка" денної та заочної форм навчання / Б. I. Червоний, Рівне : НУВГП , 2006. – 216 с.

4. Сидоренко В. К., Терещук Г. В., Юрженко В. В. Основи техніки і технології: навчальний посібник – К.: НПУ, 2001. – 163 с.

5. Oberg, Erik; Franklin D. Jones, Holbrook L. Horton, and Henry H. Ryffel (2000). ed. Christopher J. McCauley, Riccardo Heald, and Muhammed Iqbal Hussain. ed. Machinery's Handbook (26th edition ed.). New York: Industrial Press Inc.. ISBN 0-8311-2635-3.

6. Sybille Krämer: Symbolische Maschinen. Die Idee der Formalisierung in geschichtlichem Abriss. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1988, ISBN 3-534-03207-1

7. Hans-Dieter Bahr: Über den Umgang mit Maschinen. Konkursbuchverlag, Tübingen 1983, ISBN 3-88769-011-7

8. Martin Burckhardt: Vom Geist der Maschine. Eine Geschichte kultureller Umbrüche. Campus Verlag, Frankfurt/M./New York 1999, ISBN 3-593-36275-9

Лекція №2

Тема. Енергоперетворюючі пристрої. Приводи машин. Матеріали та речовини що використовують для виготовлення машин.

Мета: Вивчити види приводів машин, будову та принцип дії. Властивості матеріалів для машинобудування.

План.

1. Досягнення у створенні машин .

2. Основні механізми робочої машини.

3. Які матеріали та речовини використовують для виготовлення машин

Запитання для самоконтролю.

1. З яких механізмів складаєть ся робоча машина?

2. Які механізми машини виготовляють з сталі?

3. Які матеріали використовують в машинобудуванні?

Пилосос і холодильник, літак і підйомний кран, ткацький верстат і комбайн, велосипед і автомобіль - усе це приклади машин. Зверніть увагу на те, що, незважаючи на відмінності у зовнішньому вигляді та призначенні, матеріалах, з яких їх зроблено, вони мають спільну назву - «машини». Чому? По-перше, тому, що всі вони виконують потрібну людині роботу. По-друге, для її виконання всім машинам потрібна енергія. І по-третє, спільним для всіх машин є наявність трьох основних частин: робочого органа, двигуна і механізму, що їх зв'язує. За відсутності однієї з частин машина не працюватиме. Отже, машина - це система, складові частини якої взаємозв'язані. А оскільки машини створює людина, то їх можна назвати рукотворними системами.

Машина – механічний пристрій, що здійснює рух з метою перетворення енергії, матеріалу або інформації. Залежно від виконуваних функцій розрізняють такі машини: енергетичні, що перетворюють довільний вид енергії в механічну або навпаки; робочі, що призначені для перетворення форми, властивостей, стану і положення матеріалу або оброблюваного предмета; інформаційні, що призначені для одержання, перетворення, зберігання та відтворення інформації. Робочі машини ще поділяють на технологічні та транспортні. Будь-яка розвинена робоча машина складається з трьох основних механізмів: рухового, передавального і виконавчого. Основним є виконавчий механізм, що визначає технологічні можливостімашини, продуктивність і якість обробки.

У загальному випадку структуру довільної машини можна подати у вигляді таких складових частин:

• енергоперетворювач (двигун Д)

• передавально-перетворюючий пристрій (механічна передача МП)

• споживач механічної енергії (робочий орган машини РОМ).

• у деяких машинах зустрічається також керуюча (КС) або регулююча система, що забезпечує оптимізацію робочого процесу.

В енергетичних машинах енергоперетворювачами можуть бути парові або газові турбіни, електродвигуни, а споживачами механічної енергії – електрогенератори, компресори. У технологічних машинах енерго-перетворювачі – це різні двигуни, а споживачі механічної енергії – це робочі органи машини (шпінделі металообробних верстатів, валки прокатних станів, ротори бурових машин, механізми дробарок, барабани млинів тощо). У транспортних машинах енергоперетворювачами можуть бути також різного виду двигуни, а споживачами механічної енергії – приводні ходові колеса транспортних засобів, стрічкові, ланцюгові та гвинтові конвейєри.

До складу передавально-перетворюючих пристроїв входять вали, муфти для з'єднання валів і різного виду механічні передачі (фрикційні, пасові, ланцюгові, зубчасті, черв'ячні, передачі гвинт – гайка). Деякі з механічних передач можуть бути виконаними у вигляді окремих агрегатів – редукторів, коробок швидкостей, варіаторів.

Такі складові частини, як енергоперетворювач та передавально-перетворюючий пристрій, утворюють привод машини. Для переважної більшості машин привод складається з двигуна, системи механічних передач та муфт, що з'єднують окремі вали.

Отже, приводом називається пристрій для приведення у дію робочого органу машини.

У машинах найрозповсюдженіші такі механічні приводи, які прості за конструкцією та в експлуатації, відносно дешеві, достатньо надійні і мають високий ККД.

У сучасній техніці значна кількість машин має обертовий рух приводного вала робочого органу. До таких машин належать транспортні машини, різні верстати, пристрої та засоби механізації різних робіт. Приводи більшої частини машин допускають використання стандартних двигунів, муфт та механічних передач, що дає змогу віднести ці приводи до категорії загального призначення.

Механічні приводи загального призначення класифікують за деякими ознаками, основні з яких такі: число двигунів та тип їх; тип використаної механічної передачі.

За числом двигунів розрізняють приводи: груповий, одно- і багато-двигунний.

Груповим називають привод, у якому від одного двигуна за допомогою механічних передач приводять у дію кілька окремих робочих органів машини. Груповий привод має великі габаритні розміри, складний за конструкцією і має низький ККД.

Однодвигунний привод є найпоширенішим, особливо при використанні в приводі машини з одним робочим органом одного двигуна (у більшості випадків електродвигуна).

Багатодвигунний привод поширений у складних машинах, що мають кілька робочих органів або один робочий орган, який споживає велику кількість енергії (наприклад, конвейєр значної довжини). Кожний робочий орган такої машини приводиться у дію від індивідуального двигуна.

За типом двигунів розрізняють такі приводи: з електродвигунами, з двигунами внутрішнього згоряння, з паровими та газовими двигунами, гідро- та пневмодвигунами.

Робочі органи машин можуть бути різними. У гелікоптера - пропелер, у екскаватора - ківш, у велосипеда - колеса. Назва робочий орган свідчить про те, що ця частина допомагає людині виконувати ту роботу, задля якої машину створили.

Призначення двигуна - перетворювати один вид енергії на інший. У двигунах таких машин, як автомобіль, мотоцикл, трактор, хімічна енергія палива перетворюється на теплову, а потім на механічну.

Двигуни пилососа, пральної машини перетворюють електричну енергію, що надходить до них із електромережі, на механічну. Всі двигуни, зокрема й електродвигуни, під час роботи нагріваються. Це означає, що частина спожитої енергії перетворюється на теплову.

У велосипеда або ручної м'ясорубки двигуна немає. Чому ж їх також називають машинами? Тому що роль двигуна у них відіграє людина, витрачаючи на виконання роботи свою енергію.

Робочий орган і двигун з'єднані між собою механізмом. У багатьох машин - це прості механізми (важіль, блок, ланцюг, пасок) або їх поєднання. Так, механізм велосипеда є поєднанням таких простих механізмів: важіль, вісь, зубчасте колесо (шестерня), ланцюг.

Індивідуальний привод складається з електродвигуна і фрикційної муфти, змонтованих в корпусі.  Вітчизняна промисловість випускає фрикційні електроприводи з електродвигунами потужністю 0,25; 0,27; 0,37; 0,4 кВт і частотою обертання валу електродвигуна 1400, 2800, 2900. Електродвигун за допомогою спецпідвіски прикріплений внизу промислового стола і приєднаний до мережі трифазного змінного струму через контакти коробки виводів.  Управління роботою машини здійснюється натисканням на педаль, приводячи в роботу фрикційну муфту. Фрикційна муфта за допомогою клинового пасу з’єднується з маховим колесом швейної машини, частота обертання головного валу регулюється змінами зусиль натисканням на педаль, яка визначає ступінь ковзання фрикційних прокладок в муфті. З метою техніки безпеки електродвигун через клему заземлюється.

Матеріали та речовини використовують для виготовлення машин

Перші найпростіші пристрої і механізми людина виготовляла з каменю, а також із матеріалів рослинного і тваринного походження: деревини, сухожиль, кісток, шкіри тварин тощо. З винайденням способів добування металів з руд почали використовувати мідь, залізо та інші метали.

Нині добувають і використовують багато металів, а ще більше їхніх сумішей, які називають сплавами. Це дало змогу збільшити міцність і надійність машин та створити сучасні машини й механізми. Проте метали, які використовують у машинобудуванні, здатні руйнуватись, зокрема іржавіти, а виготовлені з них машини чи механізми важкі.

Нині в машинобудуванні використовують створені людиною матеріали, які за міцністю, довговічністю та іншими цінними властивостями перевершують метали. Це пластмаси, каучуки, гума, скло, скловолокно та інші. Завдяки їм сучасні машини можуть працювати при високих і низьких температурах, глибоко під водою, в космосі тощо.

Характеристика матеріалів, з яких виробляють деталі машин

Під час вибору матеріла для виробництва деталей враховуються вимоги щодо їх міцності і технологічності.

Міцність – це здатність деталей під впливом зовнішніх сил не ламатися і уникати деформації.

Жорсткість – це здатність деталі під дією зовнішніх сил допускати пружні деформації лише в визначених межах.

Технологічною вважається деталь, виробництво якої найменш трудомістке і продуктивне (штамповка, відливання). Матеріали, з яких виготовляються робочі органи, камери або поверхні для смаження повинні бути нейтральними до продуктів і миючих засобів, тобто не піддаватися корозії, не чинити шкідливого впливу на продукти і добре очищуватися від них.

Деталі машин можуть вироблятися із чистих металів. Наприклад, із алюмінію виготовляють корпусні деталі, теплові апарати; олово використовують під час запаювання різноманітних ємностей для харчових продуктів; хром і нікель слугують як декоративні та антикорозійні покриття. Струмопровідні частини електроапаратури виготовлені з міді.

Серед сплавів найбільш розповсюдженою є сталь – поєднання заліза і вуглецю. Механічні властивості сталі залежать від вмісту в ній вуглецю: чим його більше, тим міцніша сталь. Сталі, які містять до 0,25 % вуглецю називаються низьковуглецевими, від 0,25 до 0,6 % – середньовуглецевими, від 0,6 до 2 % високовуглецевими. Якщо вуглецю більше, ніж 2 %, то такий сплав називається чавуном.

На властивості сталі значно впливають домішки та добавки різноманітних хімічних елементів. Так, хром і марганець збільшують міцність, твердість і опір сталі до зносу; нікель збільшує міцність і знижує крихкість; кремній підвищує міцність та пружність, але також збільшує і крихкість. В результаті застосування декількох добавок одночасно механічні властивості сталі покращуються в більшій ступені. Наприклад, хромонікелеві сталі мають підвищену стійкість до корозії і є нержавіючими.

Із сталі виготовляють зварні корпусні деталі, кожухи, кришки, зубчасті колеса, вали і вісі.

Нержавіюча сталь використовується для виробництва різальних інструментів.

Для литих корпусних деталей, шнеків, камер обробки частіше застосовують чавун.

До неметалічних матеріалів відносяться пластмаси. Найбільш розповсюджені серед них текстоліт (зубчасті колеса), тефлон (прокладки, електроізоляція), капрон (зубчасті колеса, втулки) та інші поліаміди.

Матеріали для виробництва теплових апаратів поділяються на конструктивні, електротехнічні і теплоізоляційні.

До конструктивних матеріалів відносять сталь, чавун, латунь (сплав міді з цинком), алюміній та його сплави, бронза (сплав міді з будь-яким металом, крім цинка) та пластичні матеріали.

Найкращим металом для виготовлення частин та вузлів апаратів, які контактують з продуктом, є нержавіюча сталь. Використання алюмінію з цією метою слід уникати. Він може використовуватися під час виробництва корпусних деталей або елементів кожуха.

Деталі, які піддаються середнім навантаженням без перегріву, виготовляють із пластмас.

Електротехнічні матеріали використовуються під час виготовлення нагрівальних елементів та електроізоляції. Нагрівальні спіралі виготовляють із ніхромів (сплави нікелю і хрому), фехралів (залізохромалюмінієві сплави) або вольфраму. Як електроізоляційні матеріали застосовуються периклаз (переплавлений оксид магнію), кварцовий пісок і скло, шамот (прокалена та подрібнена вогнетривка глина), слюда, кераміка.

Теплоізоляційні матеріали повинні мати низький коефіцієнт теплоємності і теплопровідності, високу термостійкість, достатню міцність, низьку гігроскопічність, невелику густину, а також бути зручними під час монтажу та економічними. Розрізняють теплоізоляційні матеріали мінерального (азбест, глина, гіпс тощо), рослинного (торф, тирса), тваринного (шерсть, шовк, войлок) та штучного (пінополістирол).

Підсумки

* Машини - це пристрої, що виконують корисну для людини роботу і при цьому перетворюють один вид енергії на інший.

* Основними частинами кожної машини є робочий орган, двигун, механізм.

* Сучасні машини - це величезне досягнення людини, що стало можливим завдяки її невтомним пошукам і праці.

* У машинобудуванні використовують метали, пластмаси, гуму, скло та багато інших речовин і матеріалів.

Список рекомендованих джерел:

1. Кучер В.О., Степура А.О. Обладнання швейного виробництва: Навч.пос. для проф. – техн.. навч закладів\ В.О.Кучер, А.О.Степура – К.: Вікторія, 2001. – 406с.

2. Кіницький Я. Т. Теорія механізмів і машин: Підручник. -К.: Наукова думка,2002 .-660 с. ISBN 966-00-0740-Х

3. Сидоренко В. К., Терещук Г. В., Юрженко В. В. Основи техніки і технології: навчальний посібник – К.: НПУ, 2001. – 163 с.