МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕПОДГОТОВКИ
КАДРОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Лекции по курсу «детали машин»
для студентов специальности 7.090218
«Металлургическое оборудование»
Разработал
ст. преподаватель ЛАВРЕНОВ Е,М,
Днепропетровск
ГИПОпром
2008
Тема 1 содержание и характеристика курса
Курс «Детали машин» изучает основы проектирования машин и механизмов. Любая машина состоит из деталей.
Деталь — часть машины, изготовленная без сборочных операций. Детали могут быть простыми или сложными . Детали объединяют в узлы.
Узел - сборочная единица, состоит из деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор). Детали и узлы машин, которые применяют во всех машинах называются деталями общего назначения. Другие детали (поршни, лопатки турбин) относятся к деталям специального назначения, изучают в специальных курсах.
Основные требования к конструкции деталей машин. Совершенство конструкции детали оценивают по надежности и экономичности. Надежность понимают свойство изделия сохранять во времени работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.
Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин — прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Критерий работоспособности детали зависит от ее назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают выбором материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным критериям.
Особенности расчета деталей машин. В инженерных расчетах реальные конструкции заменяют моделями или расчетными схемами. При расчетах на прочность, несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. Расчет становится приближенным, в котором большое значение имеют правильный выбор расчетной модели, умение оценить главные и отбросить второстепенные факторы. Погрешности приближенных расчетов снижаются при использовании опыта проектирования и эксплуатации аналогичных конструкций. Неточности расчетов на прочность компенсируют за счет запасов прочности. Выбор коэффициентов запасов прочности становится ответственным этапом расчета. Заниженное значение запаса прочности приводит к разрушению детали, а завышенное—к увеличению массы изделия.
Факторы, влияющие на запас прочности, многочисленны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных нагрузок, влияние качества технологии, условий эксплуатации и др. В машиностроение выработаны нормы запасов прочности для конкретных деталей, которые периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники.
В инженерной практике два вида расчета: проектный и проверочный. Проектный расчет — упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали для определения ее размеров и материала. Проверочный расчет — уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.
В процессе проектирования расчет и чертежную проработку конструкции выполняют параллельно. Ряд размеров, необходимых для расчета, конструктор определяет по эскизному чертежу, а проектный расчет приобретает форму проверочного для намеченной конструкции. В поисках лучшего варианта конструкции приходится выполнять несколько вариантов расчета. Конструктор выбирает расчетные схемы, запасы прочности и неизвестные параметры, что приводит к неоднозначности инженерных расчетов, а следовательно, и конструкции, отражающей творческие способности, знание и опыт конструктора.
Расчетные нагрузки ― различают расчетную и номинальную нагрузку. Расчетную нагрузку, например вращающий момент Т, определяют как произведение номинального момента ТН на динамический коэффициент режима нагрузки К:
Т=КТН.
Номинальный момент соответствует паспортной мощности машины. Коэффициент К учитывает динамические нагрузки, связанные с неравномерностью движения, пуском и торможением. Коэффициент К выбирают на основании расчета или ориентируясь на рекомендации, составленные на экспериментальных исследований и опыта эксплуатации машин. При расчете механизмов вводят дополнительные коэффициенты нагрузки, учитывающие специфические особенности этих механизмов.
Выбор материалов для деталей машин является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал определяет качество детали и машины в целом. Выбирая материал, учитывают в следующие факторы: соответствие свойств материала главному критерию работоспособности; требования к массе и габаритам детали и машины; требования, связанные с назначением детали и условиями ее эксплуатации; соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и способу обработки детали; стоимость и дефицитность материала.
Черные металлы, чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Недостатки черных металлов — большая плотность и слабая коррозионная стойкость.
Цветные металлы — медь, цинк, свинец, олово, алюминий и др. — применяют в качестве составных частей сплавов. Эти металлы дороже черных и используются для выполнения особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозионности и др.
Пластмассы технологичны, обладают хорошими литейными свойствами и обрабатываются пластическим деформированием при сравнительно невысоких температурах и давлениях. Из пластмасс получают изделия сложной формы высокопроизводительными методами: литьем под давлением, штамповкой, вытяжкой или выдуванием. Преимущество пластмасс - сочетание легкости и высокой прочности. Высокая удельная прочность позволяет использовать пластмассы в конструкциях, в которых необходимо уменьшение массы машин. Пластмассы применяют для производства корпусных деталей, шкивов, вкладышей подшипников, фрикционных накладок, втулок, маховичков, рукояток. При замене черных металлов пластмассами трудоемкость изготовления деталей уменьшается в 5...6 раз, а себестоимость— в 2...6 раз. При замене пластмассами цветных металлов себестоимость снижается в 4...10 раз.
Порошковые материалы получают детали путем прессования порошков металлов и последующего спекания в пресс-формах. В машиностроении получили распространение детали на основе железного порошка. Детали не нуждаются в последующей обработке резанием. Применяют порошки однородные или смеси различных металлов, в том числе металлов с неметаллическими материалами, например с графитом. При этом получают материалы с различными механическими и физическими свойствами высокопрочные, износостойкие, антифрикционные.