И. И. Устюгов

_{ДЕТАЛИ МАШИН}

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1981

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для учащихся заочных техникумов

ББК 34.44 У79 УДК 621.8

Рецензент—канд. техн. наук К. П. Жуков (Московский станкоинструментальный институт)

Устюгов И, И,

У79 Детали машин: Учеб. пособие для учащихся технику­мов.—2-е изд., перераб. и доп.—М.: Высш. школа, 1981.—399 с, ил. В пер.: 95 к.

Учебное пособие написано в соответствии с разделом «Детали машин» прог­раммы по технической механике для машиностроительных специальностей тех­никумов. Весь материал теоретической части предмета разбит на отдельные занятия, включающие сведения об устройстве, расчете и конструировании деталей машин, примеры типовых расчетов, вопросы для самоконтроля, зада­чи для самостоятельного решения.

Последний раздел учебника включает примеры расчета и конструирова­ния одноступенчатых редукторов, обычно служащих темами курсового проек­тирования в техникумах. В приложении к книге даны справочные таблицы, позволяющие учащимся выполнять расчеты, контрольные работы и курсовое проектирование.

Предназначается для учащихся заочных техникумов.

^{\ЖЩ^Г^ 2702000000 ББКЖ}

© Издательство «Высшая школа», 1981

ПРЕДИСЛОВИЕ

В учебном пособии кратко и доступно изложена как общая, так и специальная части материала программы—раздела «Детали машин» для учащихся машиностроительных специальностей техни­кумов. Право на рекомендацию обязательного изучения учащимися вопросов и тем занятий, отмеченных звездочкой и относящихся к специальной части предмета, предоставлено предметной комиссии.

Программный материал учебного пособия разбит на 32 двухча­совых занятия (средняя доза времени для изучения занятия доста­точно подготовленным учащимся), что облегчит учащемуся-заочнику организацию и планирование самостоятельной работы, а также создаст более благоприятные условия для самоконтроля изучения предмета.

Кроме изложения вопросов теоретической части курса в учеб­ном пособии большое внимание уделено практическим расчетам типовых деталей и сборочных единиц машин. На конкретных при­мерах подробно изложена методика проектирования одноступенчатых редукторов. Чертежи и форма конструкторских документов соот­ветствуют требованиям современных стандартов, установленных Единой системой конструкторской документации (ЕСКД). При выводе формул и выполнении практических расчетов использованы единицы, регламентированные СТ СЭВ 1052—78.

Второе издание пособия существенно переработано и дополнено новым материалом. В связи с введением в действие новых стандартов и рекомендаций международных организаций по стандартизации (ИСО, СЭВ и др.) переработаны ременные, зубчатые и червячные передачи, подшипники качения, посадки, шероховатость поверхнос­тей и др. Обновлены и дополнены аналитические зависимости, справочные данные, методики расчета и т.п.

Все замечания и пожелания по улучшению учебного пособия следует направлять в адрес издательства.

Автор

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Над программными вопросами каждого занятия учебника ре­комендуется работать в такой последовательности: 1) ознакомление — прочитать материал занятия без его конспектирования и тщательного анализа; 2) изучение—в рабочую тетрадь записать номер и название занятия. Вдумчиво прочитать материал соответствующего пункта занятия, тщательно разобраться в определениях, правилах, выводах формул, чертежах, физической сущности и практической направ­ленности изучаемого вопроса. Затем в конспективной форме изло­жить в рабочей тетради (по возможности своими словами) основные положения, определения, доказательства, выводы формул.

При изучении материала занятия следует избегать механического запоминания правил, определений, доказательств, вывода формул. Их прежде всего необходимо понять, осмыслить, выяснить физичес­кую сущность, проанализировать и сравнить с аналогичными или противоположными случаями.

Окончив изучение теоретических вопросов материала учебного пособия, можно приступить к разбору решенных задач соответст­вующего занятия. После этого учащемуся необходимо решить ана­логичные задачи самостоятельно. Следует помнить, что практический навык расчета и конструирования деталей и сборочных единиц машин приобретается только в процессе самостоятельного расчета и проектирования, т.е. в процессе решения соответствующих задач.

Задачи в пособии даны в двух вариантах, различающихся между собой только числовыми данными. Вариант «а» решен, а вариант «б» необходимо учащемуся решить самостоятельно. Перед выполне­нием решения варианта «б» задачи учащемуся следует ознакомиться с методикой и последовательностью проведения аналогичных расче­тов. Методика расчета и конструирования изложена в соответствую­щих пунктах занятий, а последовательность решения показана при выполнении расчета варианта «а» задачи. Запись последовательности расчета должна быть краткой, однако удобной для выполнения вы­числений и проверки.

Условие задачи и соответствующий расчет со всеми вычисле­ниями и чертежами учащийся должен аккуратно записать в рабо­чую тетрадь.

При оформлении каждого пункта расчета необходимо выписать соответствующую формулу, затем подставить числовые значения величин, входящих в эту формулу, и вычислить результат с по­мощью 25-сантиметровой логарифмической линейки или на ЭВМ (мини-ЭВМ). В процессе решения задач и выполнения курсовых проектов необходимо давать ссылки на номера формул и таблиц.

После изучения теоретического материала учебного пособия, разбора решенных задач и самостоятельного решения аналогичных задач учащемуся необходимо ответить на вопросы для самопроверки. При затруднении с ответом на вопрос рекомендуется снова вер­нуться к соответствующему материалу пособия.

Основные расчетные формулы (уравнения), выделенные полужир­ным шрифтом, рекомендуется тщательно проанализировать и за-помнить.

Для учащихся, желающих расширить и углубить свои знания по курсу «Детали машин», перед вопросами для самопроверки при­веден список рекомендуемой литературы и указан минимум задач из сборника [12] для самостоятельного решения.

В процессе изучения курса «Детали машин» учащийся должен самостоятельно выполнить одну контрольную работу и курсовой проект. Темы заданий и указания по выполнению контрольной работы и курсового проекта учащиеся получают в техникумах.

Экзамены (зачеты) принимаются при наличии рабочей тетради и правильно выполненной контрольной работы.

Занятие 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Механизм и машина. Классификация машин

Система искусственно соединенных элементарных тел (звеньев) для передачи заданных движений называется механизмом (криво-шипно-ползунный, кулисный, кулачковый, фрикционный и пр.).

Механизм, предназначенный для преодоления сил полезного сопротивления, преобразования энергии, запрограмированного конт­роля или логического решения, называется машиной.

Учитывая определение машины, а также понятие, что всякая развитая машина (машинный агрегат) состоит из комплекса трех основных механизмов: двигательного, передаточного и исполнитель­ного, можно предложить следующую условную классификацию машин:

1. машины, осуществляющие изменение формы, свойств, состоя­ния и положения предмета труда, называются рабочими. К рабочим машинам относятся технологические или машины-орудия (станки для обработки металла, дерева, пластмасс; ткацкие и прядильные станки; прессы, насосы, подъемные краны, автомобили, тракторы, сельскохозяйственные машины, самолеты и др.);

2. машины, предназначенные для преобразования любого вида энергии в механическую работу, называются машинами-двигателями (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, газовые тур­бины, гидротурбины, реактивные двигатели, электродвигатели и др.);

3. машины, предназначенные для преобразования механической работы в любой другой вид энергии (электрическую, тепловую и т.д.), называются машинами-преобразователями или генераторами (динамомашины—генераторы тока, холодильники и др.);

4. машины, используемые для автоматизации производства и управления быстро протекающими и непрерывно контролируемыми производственными процессами, называются контрольно управляю­щими;

5. машины, используемые для хранения, сбора, обработки, пе­редачи и использования информации, называются кибернетическими или логическими.

Механизмы, предназначенные для передачи движения от ма­шины-двигателя к машине-орудию или генератору, называются пе­редаточными (фрикционные, ременные, цепные, зубчатые и другие передачи).

В комплексе машину-двигатель, машину-преобразователь или машину-орудие, а также и передаточный механизм называют ма­шинным агрегатом. Например, автомобиль, токарный станок, подъ­емный кран состоят из двигательного, передаточного и исполни­

тельного механизмов, т.е. являются не только машинами-орудиями, но и машинными агрегатами.

Передаточный механизм является составной частью не только машинного агрегата, но и подавляющего большинства отдельно взятых машин.

Так как машина состоит из последовательно соединенных звень­ев, выполняющих заданные движения, то любую машину можно назвать механизмом. Однако не всякий механизм может быть наз­ван машиной. Так, часы, весы, измерительные приборы и другие механизмы не предназначены для преодоления сил полезного со­противления или преобразования одного вида энергии в другой, поэтому они не могут быть включены в категорию машин.

Цель и задачи курса, его связь с другими дисциплинами. Детали машин и их классификация

Начало развития отечественного машиностроения было положено такими выдающимися учеными и изобретателями, как Ломоносов, Кулибин, Остроградский, Ползунов, Петров, Чебышев, Вышнеград-ский, отец и сын Черепановы, Фролов, Нартов, Жуковский, Чап­лыгин, Зернов, Ассур, Альбицкий и др., создавшими и внедрив­шими в производство немало машин и механизмов, а также разра­ботавшими теоретические основы дальнейшего развития машино­строения. Первый учебник в России по курсу «Детали машин» был написан в 1881 г. профессором Петербургского технологического института В. Л. Кирпичевым.

«Детали машин»—это техническая дисциплина, в которой изу­чают методы, правила и нормы расчета и конструирования типовых деталей и сборочных единиц машин. «Детали машин», синтезируя достижения математических и технических наук с результатами лабораторных исследований и практики применения различных ма­шин, служат теоретической основой машиностроения. Возраст «Де­талей машин» как самостоятельной научной и учебной дисциплины невелик—100 лет, поэтому она страдает еще недостаточным разви­тием обобщающей теории, обилием эмпирических формул и различ­ных поправочных коэффициентов.

Целью курса «Детали машин» является развитие инженерного мышления с точки зрения изучения и совершенствования современ­ных методов, правил и норм расчета и конструирования (проекти­рования) деталей и сборочных единиц машин общего назначения (болты, гайки, валы, зубчатые колеса, подшипники и др.).

Задачи курса «Детали машин» — привить навыки расчета и конструирования типовых деталей и сборочных единиц машин общего назначения, научить рационально выбирать материал и форму деталей, правильно назначать степень точности и качество обработки поверхностей, выполнять расчеты на прочность, жест­кость, устойчивость, износостойкость и т.д., исходя из заданных условий работы деталей в машине.

Курс «Детали машин» тесно связан с рядом общетехнических и общеобразовательных предметов: математикой, которая дает за­коны и правила действий над постоянными и переменными величи­нами, указывает количественные соотношения между элементами фигур и тел (длин, площадей и объемов), воспитывает и прививает строгость и последовательность аналитического мышления; физикой, освещающей основные. законы природы и знакомящей с общими правилами и методами эксперимента; теоретической механикой и теорией механизмов и машин, правила и законы которых позволяют определять действующие на деталь силы и законы движения дета­лей; сопротивлением материалов, позволяющим рассчитывать дета­ли на прочность, жесткость и устойчивость; материаловедением; технологией металлов и неметаллических материалов, сообщающих необходимые сведения о рациональном выборе материала детали и методах ее изготовления; техническим (машиностроительным) черчением, дающим правила и законы оформления чертежей кон­струкций машин, отдельных деталей и сборочных единиц на листе бумаги.

СТ СЭВ 364-76 устанавливает следующие виды изделий: деталь, сборочная единица, комплексы, комплекты. Указанные изделия в зависимости от наличия или. отсутствия в них составных частей делят на неспецифицированные, т. е. не имеющие составных частей (детали), и специфицированные, состоящие из двух (и более) составных частей (сборочные единицы, комплексы или комплекты). В этом стандарте даны также и определения видов изделий.

Изделие, изготовленное из однородного материала, без примене­ния монтажных и сборочных операций, называется деталью. Напри­мер, винт, болт, гайка, шуруп, вал, шкив, зубчатое колесо, литой корпус, отрезок проволоки, коробка, склеенная из одного куска картона, и т.д.

Изделие, состоящее из нескольких частей (деталей), соединенных между собой сборочными операциями, называется сборочной едини­цей. Например, муфта, подшипник, редуктор, коробка перемены передач, сварной корпус и т.д. При необходимости к сборочной единице можно также отнести и совокупность сборочных единиц или деталей, имеющих общее функциональное назначение. Напри­мер, готовальня, комплект замка, электрооборудование автомобиля, мотоцикла, самолета, станка и т. д.

Два (и более) специфицированных изделия, не соединенных сбо­рочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимо­связанных эксплуатационных функций, называется комплексом. На­пример, несобранные бурильная установка, телефонная станция, поточная линия и т. д.

Два (и более) изделия, не соединенные сборочными операциями и представляющие набор изделий вспомогательного характера, на­зываются комплектом. Например, комплект запасных частей, ком­плект инструмента и принадлежностей, комплект измерительной аппаратуры и т. д.

В машиностроении и народном хозяйстве применяется большое количество различных деталей и сборочных единиц машин. Приме* няемое разнообразие деталей (сборочных единиц) машин можно условно разделить на две группы: детали и сборочные единицы общего назначения (изучаются в общетехническом курсе «Детали машин»); детали и сборочные единицы специального назначения (изучаются в соответствующих специальных курсах).

Детали (сборочные единицы) общего назначения: для передачи энергии при вращательном движении—валы, оси, муфты, зубчатые колеса, червяки, фрикционные катки, шкивы, звездочки, цепи, ремни и т. д.; для передачи заданного движения или силы от одной детали к другой — соединительные детали (шпонки, штифты, болты, винты, гайки и др.) и соединения (сварные, заклепочные, клеевые, клиновые, шлицевые, шпоночные' и др.).

Детали (сборочные единицы) специального назначения: шатуны, кривошипы, коленчатые валы, поршни, кулисы, коромысла, кулач­ки, эксцентрики, маховики, рессоры, лопатки и диски турбин, рельсы, блоки, крюки и т. д.