6. Краткий перечень работ, выполняемых в процессе проектирования и конструирования

Определение точного целевого назначения изделия. Это первая зада­ча конструктора. Для рабочих машин и машин-орудий целевое назначение определяется из технологического задания, а для машин-двигателей - по экс­плуатационному заданию.

На основе технологического или эксплуатационного задания разраба­тывается кинематическая или принципиальная схема изделия.

Кинематическая схема изделия. Она в значительной степени опреде­ляет конструкцию и вес основных деталей, а также экономичность изделия в производстве. Задача конструктора - подбор таких кинематических цепей. которые содержали бы минимальное количество звеньев. Конструктор, вы­бирая тот или иной механизм, опирается, прежде всего, на опыт конструиро­вания и обшие положения науки о механизмах.

Кинематические схемы наиболее сложны у рабочих машин. Кинемати­ческие схемы таких машин принято делить на следующие основные части:

- исполнительные механизмы, одно или несколько звеньев которых связаны с рабочими органами;

- трансмиссионные механизмы для передачи движения и мощности от двигателя к ведущему звену исполнительного механизма;

- прочие механизмы (управления, блокировки, регулирования, кон­троля и т.п.).

Закон движения рабочего звена в рабочих машинах зависит от постав­ленной технологической задачи и может быть реализован механизмами с различными кинематическими схемами. Разрабатываются, поэтому, несколь­ко вариантов кинематических схем, из которых после соответствующего ана­лиза (надежности, экономичности и т.п.) выбирается одна из них.

Многопоточность передачи энергии. Одна из основных задач конструирования — передача механической энергии от источника (привода) к испытательному устройству (рабочему органу) машины. Под многопоточной передачей понимается параллельное (в энергетическом, кинематическом или силовом нагрузочном смысле) размещение нескольких кинематических цепей (соединений) или нескольких подвижных соединений. К таким системам относятся:

• планетарные многосателлитные передачи, в том числе, частные варианты с неподвижными осями колес, передачи с многопарным зубчатым зацеплением (например, волновые зубчатые передачи), многодисковые вариаторы скорости и т.п.;

• многоэлементные (например, шлицевое соединение в сравнении со шпоночным) и групповые неподвижные соединения, в т.ч. много­ элементные упругие соединительные муфты и др.;

• многопоточные (замкнутые) механические передачи движения с постоянным передаточным отношением;

• многопоточные (замкнутые) комбинированные передачи с изменяемым (регулируемым) передаточным отношением из параллельных ветвей;

• многодвигательные приводы с неподвижным соединением выход­ных звеньев каждой из параллельных ветвей с общим выходным звеном;

• многодвигательные приводы с дифференциальным соединением (через суммирующий механизм) выходных звеньев каждой из параллель­ных ветвей с общим выходным звеном;

• многодвигательные приводы с двумя и более выходными звеньями с соединением ветвей системы через дифференциальный (разветвляющий, суммирующий) механизм;

• разветвленные механические трансмиссии, присоединяющие одно­временно или выборочно несколько выходных звеньев к общему двигателю;

• многопоточные многоподвижные манипулирующие механизмы.

Многопоточность при одинаковой функции сравнивае­мых устройств (характера воспроизводимого движения, несущей нагрузочной способности) имеет ряд преимуществ:

1. Дробление энергетического потока приводит к уменьшению размеров и массы каждого из элементов или звеньев параллельных ветвей, но происходит это не пропорционально уменьшению нагрузки, а в большей мере так, как «срабатывает» масштабный эффект — влияние размеров объекта на изменение характеристик сопротивления усталости, трения и изнашивания и т.п. Чем меньше диаметр заготовки, тем выше достигаемые механические свойства материала, тем больше технологических возможностей совершенствования геометрической формы и точности ее воспроизведения, а также уменьшения шероховатости. Уменьшение размеров приводит к уменьшению линейных скоростей звеньев и скоростей скольжения, что позволяет уменьшить виброактив­ность системы, легче решать проблемы виброзащиты, снижать потери на трение, выбирать более рациональные решения подшипников и уплотнений, обеспечивать герметичность соединений и т.п.

2. Уменьшение размеров детали может привести к изменению схемы ее нагружения и возможности изменения геометрической формы в сторону ее упрощения — сравни, например, форму сателлита в виде кольца с зубьями с формой обычного зубчатого колеса, содержащего обод, диск и ступицу.

3. Чем меньше размеры деталей, тем легче осуществить автоматизацию обработки и сборки. В конечном итоге стоимость изготовления нескольких однотипных деталей или элементов может быть уменьшена по сравнению со стоимостью изготовления одной крупной детали.

4 Варьированием количества двигателей, редукторов, соединений в одной системе можно добиться рационального использования унифицированных, уже выпускаемых сборочных единиц, в т.ч. используемых в других системах.

Имеются и другие преимущества многопоточных систем, но в то же время следует предупредить читателя, что любое направление в конструировании не лишено недостатков, поэтому в каждом конкретном случае многопоточную систему нужно рассматривать как альтернатив­ный вариант (или варианты) однопоточной системе и выбирать из них наиболее подходящий для решения поставленной задачи.

Определение усилий и действующих нагрузок. Чем точнее определе­ны нагрузки, действующие в изделии, тем точнее можно определить усилия на отдельные детали и в итоге - их минимально необходимые размеры (от веса деталей зависят металлоемкость и вес изделия).

Выбор материалов и определение размеров деталей. Выбор материала и определение размеров деталей обусловлены эксплуатационными и эконо­мическими требованиями.

С эксплуатационной точки зрения качество материала и размеры дета­лей должны обеспечить эксплуатационную надежность изделия вне зависи­мости от его веса.

С экономической точки зрения в рационально сконструированном из­делии физические свойства материалов должны быть использованы наиболее полно для получения требуемой прочности и жесткости при минимальном весе.

Размеры деталей при одной и той же нагрузке зависят от качества ма­териала и принятых запасов прочности.

Вес и себестоимость деталей зависят от их размеров.

Эксплуатационная надежность детали достигается только при точном расчете ее на прочность (или выносливость) и износ.

Силовой расчет заключается в определении сил. действующих на из­делие. При этом составляется расчетная схема нагружения изделия с после­дующим расчетом деталей на прочность.

Силовой расчет производится двумя способами:

- расчет по силам или моментам сил, приложенным к рабочему орга­ну изделия:

- расчет на основе предварительно определенной мощности привода.

В первом случае исходят из расчетных или опытных данных об усили­ях, возникающих на рабочем звене во время технологического процесса. На основе этих данных определяются крутящий момент на ведущем звене и мощность двигателя.

Во втором случае определяется усилие на рабочем органе по крутяще­му моменту на ведущем звене.

Компоновка изделия. Компоновка в значительной мере влияет на ме­таллоемкость и вес изделия.

Получив расчетные размеры основных изделий (валы, оси, зубчатые колеса и т.д.), приступают к компоновке общих видов изделия. Иногда раз­меры отдельных деталей устанавливают, исходя из конструктивных сообра­жений. Общих правил рациональной компоновки изделий не существует. Удачная компоновка зависит от способностей, опыта, изобретательности и общей подготовленности конструктора.

При конструировании крупных изделий предусматривается их разде­ление на узлы. Это позволяет вести параллельную сборку, производить об­катку, регулирование и испытание каждого узла в отдельности. При этом следует помнить, что стыки между узлами в изделии снижают жесткость и виброустойчивость конструкции.

Вопрос о применении моноблочной или составленной из отдельных блоков конструкции решается с учетом преимуществ и недостатков каждой из них.

Определение веса и себестоимости изделия. Проектный вес и про­ектная себестоимость изделия являются одними из основных его технико-экономических показателей.

Обшая компоновка изделия позволяет ориентировочно оценить его вес. Конструктор уже при конструировании изделия должен наметить предель­ные значения его основных показателей. Лучшие из них достигаются после­довательным приближением к все более и более совершенной конструкции. Однако более короткий путь решения поставленной задачи имеет место, если исходить из опыта мирового машиностроения на основе изучения хорошо отработанных подобных конструкций в данных статистики.

Вес изделия должен соответствовать эксплуатационным требованиям. Так вес кузнечных машин, работающих с ударами, должен быть достаточным для поглощения ударных нагрузок. Однако утяжеление должно быть только в пределах необходимого.

Вес и жесткость металлорежущих станков должны быть достаточ­ными для противодействия возникающим в процессе резания металла коле­баниям системы «станок - приспособление - инструмент - деталь» (системы СПИД).Для транспортных машин требуется наибольший вес при достаточной прочности.

В большинстве случаев вопрос оптимального веса изделия решается на основе опыта эксплуатации и путем сравнения с показателями по весу хоро­шо выполненных аналогичных изделий.

Проектная себестоимость изделия определяется по его проектному ве­су после общей компоновки. При этом используются специальные ценники и прейскуранты.

Величина себестоимости, полученная при техническом конструирова­нии, должна уточняться. По окончании конструирования конструктор дол­жен иметь полное представление о себестоимости будущего изделия.

Экономическая эффективность изделий в эксплуатации. Эта эф­фективность зависит от двух факторов: энергетического КПД и эксплуатаци­онной экономичности изделия.

При низком расчетном КПД не исключается пересмотр разработанной кинематической схемы.

Конструирование общих видов узлов. Как этап конструирования оно ведется на основе общей компоновки изделия, принятого разделения конст­рукции на узлы, принятых по расчетам размеров ответственных деталей. В процессе конструирования возможно появление новых решений конструкций узлов. При конструировании узлов достаточно четко выявляются конструк­тивные формы отдельных деталей.

Проверочные расчеты. Такие расчеты деталей производятся только в случаях изменения их размеров, ранее полученных расчетом. С изменением размеров деталей изменяются условия их работы в конструкции и, следова­тельно, изменяются рабочие напряжения в материале деталей.

Если при этом новые размеры деталей получаются меньше по сравне­нию с расчетными, то при проверочном расчете деталей по новым размерам проверяется запас прочности их материала.

Если же новые размеры деталей при изменении получаются больше по сравнению с расчетными, то проверочный расчет предусматривает замену материала деталей на материал повышенного качества с целью сохранения прежних размеров.

Конструирование общего вида изделия производится после вычерчи­вания узлов и увязки сопрягаемых мест. При этом иногда выявляются неточ­ности в местах сопряжения узлов. Таких неточностей тем меньше, чем тща­тельнее выполнена предварительная проработка конструкции изделия.

Расчет размерных цепей производится при деталировке узлов для обеспечения взаимозаменяемости деталей, их правильной сборки, при кото­рой обеспечивались бы требуемые зазоры и натяги в сопряжениях деталей. Расчет размерных цепей позволяет правильно определить размеры деталей с учетом допусков. Необоснованное назначение допусков на размеры приводят к необхо­димости ручной пригонки, неоднократному монтажу и демонтажу узлов.

Разработка рабочих чертежей деталей производится только для оригинальных деталей (чертежи гостированных деталей не выполняются). Первыми разрабатываются внутренние детали узла, затем - детали корпуса, облегающего узел.

После определения формы и размеров деталей подсчитывается их чис­тый вес (по таблицам).

В себестоимость изготовленной детали входят:

- заработная плата конструктора и накладные расходы;

- стоимость материала детали (себестоимость заготовки детали:

- дополнительные расходы, связанные с изготовлением детали (зар­плата рабочего, стоимость станочной оснастки, амортизация обору­дования и т.п.).

Рационально сконструированная деталь, равно как и изделие в целом -это такая деталь, которая удовлетворяет всем эксплуатационным требовани­ям и изготавливается при минимальной себестоимости.

Технологический контроль должны проходить все изготовленные ра­бочие чертежи. Наиболее правильный способ такого контроля - непрерыв­ный просмотр ведущим технологом готовых рабочих чертежей до их тира­жирования. Замечания и указания технолога должны быть учтены конструк­тором. В случае необходимости для консультации привлекаются технологи по видам обработки деталей.

Нормализационный контроль производится специалистом - нормоконтролером. Цель контроля - обеспечения соответствия рабочих чертежей стандартам и нормалям, в том числе и заводским. Отступление при конструи­ровании от стандартов и нормалей затрудняет изготовление изделия, услож­няет ход производственного процесса, усложняет производство.

В ряде случаев дополнительно могут производиться вычерчивание контрольно-сборочных чертежей узлов, их нормализованный контроль, уточнение общих видов изделия.

Заканчивается конструирование определением степени совершенства изделия с точек зрения производственной и технологической и устанавлива­ются необходимых для изделия технико-экономические показатели. Если не­которые из этих показателей выходят за установленные практикой или рас­четом пределы, то возможен частичный и даже полный пересмотр конструк­ции изделия. Последним шагом при конструировании является соответствие техни­ческой документации по эксплуатации и обслуживанию изделия.

Подытоживая сказанное, основные шаги при расчете и конструирова­нии детали представим в виде схемы (рис3.2)

Рис. 3.2. Шаги при расчете и конструировании детали

Кратко рассмотрим основные составляющие приведенной схемы

Расчет деталей ашин нельзя рассматривать как простую задачу, сводящуюся к подстановке в определенную формулу тех или иных исходных данных.

Схематически процесс проектирования можно разделить на следующие этапы.

1. В зависимости от назначения, условий работы, исходных данных и технических усло­вий выбирают принципиальную схему машины, ориентируясь на существующие машины аналогичного типа.

2. В зависимости от назначения детали и ее места в машине составляют расчетную схему детали. При этом максимально упрощают конструкцию детали и характер ее сопряжения с другими деталями, а приложенные силы принимают либо сосредоточенными, либо распре­деленными по заданным или условным законам.

3. Определяют нагрузки, действующие на деталь.

Внешние нагрузки. К ним относятся:

- сосредоточенные силы Р и моменты сил М (Рис. 33. а);

- распределенные удельные нагрузки по поверхности р (Н/мм² и

по линии q (H/мм) (Рис. 3.3, б).

Рис. 3.3. Внешние силы : а)сосредоточенные силы и моменты сил;

б) распределен­ные удельные нагрузки по поверхности

К внешним силовым факторам (Рис 3.4) относятся:

- нормальная к плоскости сечения сила N, которая вызывает в сече­ниях детали нормальные напряжения растяжения (σ_р ) или напря­жения сжатия ( σ_сж)

- действующая в плоскости сечения поперечная сила Q, которая вы­зывает в этой плоскости касательные напряжения среза (τ_ср );

- изгибающий момент М_и относительно одной из осей, лежаший в

плоскости сечения и вызывающий в ней нормальные напряжения изгиба (σ_и ):

- крутящий момент М_кр относительно оси, перпендикулярной плос­кости сечения, вызывающий в сечении касательные напряжения кручения τ_кр

Рис. 3.4. Внешние силовые факторы

Напряжения по своему виду классифицируются: на простые (в сече­нии действует один силовой фактор) и сложные (в сечении действует не­сколько силовых факторов.

Детали в работающем изделии испытывают постоянно действующие нагрузки (статическое нагружение) и нагрузки, действующие переменно [циклическое нагружение). В связи с разным характером нагружения расчет деталей на прочность также различается. Это различие, однако, практически заключается только в выборе допускаемых напряжений.

Статическое нагружение деталей (Рис. 3.5). Допускаемое напряже­ние [σ], [τ] составляет какую-то часть соответствующего предельного напряжения. В качестве предельных напряжений принимаются

- предел текучести σ_т — для незакаленных сталей:

- предел прочности σ_в —для закаленных сталей и хрупких материалов (например, для серого чугуна).

Рис. 3.5. Напряжения при статическом нагружении деталей

Циклическое ( переменное) нагружение деталей. Напряжения, возни­кающие в деталях при циклическом нагруженни, не остаются постоянными. Они изменяются по одному из трех законов (Рис. 3.6): симметричному, асси-метричному, отнулевому.

Рис. 5.6. Напряжения при циклическом нагружении деталей: а) симметричный цикл: б) ассиметричный цикл: в) отнулевой цикл;

Расчет деталей на прочность при циклической нагрузке называют рас­четом на усталость или расчетом на выносливость.

Наибольшее по абсолютному значению напряжение цикла, при кото­ром еще не происходит усталостного разрушения детали, называют пределом усталости или пределом выносливости. Наибольшее число циклов нагружения детали при расчете на усталость назначают, исходя из длительности работы детали в изделии. Обычно число циклов принимают равным 10⁷ ….. 10⁸.

Основная динамическая характеристика материала детали при рас­чете на усталость - предел усталости при изгибе с симметричным цик­лом σ_-1 .

Необходимо отметить, что отдельные детали рассчитываются на уста­лость даже при статическом нагружении, например, валы (в отличие от осей).

После тщательного изучения технического задания на конструирова­ние изделия следует внимательно ознакомиться с чертежами (если таковые имеются) и натурными образцами изделий, аналогичных создаваемому. При этом не следует искать среди существующих объект, точно соответствующий техническому заданию задача заключается не в том. чтобы найти образец и полностью перенести его в проект, а в том. чтобы ознакомиться с сущест­вующими конструкциями, критически оценит их достоинства и недостатки, отобрать лучшие конструктивные решения отдельных узлов и затем исполь­зовать их при выполнении проекта.

4. Выбирают материал детали, учитывая его физико-механические свойства, обрабаты­ваемость, стоимость, доступность и т. п.

Выбор материала и термообработки деталей машин определяется следующими сооб­ражениями:

- конструктивными — обеспечение надежности, то есть прочности, твердости, понимае­мой как способность сопротивляться механическому внедрению другого тела и измеряемой методами Бриннеля и Роквелла:

- технологическими — единичное, серийное, массовое производство:

- экономическими.

Для изготовления деталей машин широко применяют стали и чугуны, а также алюми­ниевые, магниевые, титановые и медные сплавы.

Стали. Сплав железа с углеродом при содержании углерода (С) до 2%. По сравнению с другими материалами стали имеют высокую прочность, пластичность, хорошо обрабатыва-ются механически и воспринимают термическую и химнко-термическую обработку.

Общая характеристика. Подразделяются на низкоуглеродистые (С < 0.25%), средне углеродистые (С = 0.25-М),6%) и высокоутлеродистые (С > 0.6%). С увеличением содержания углерода возрастает прочность и уменьшается пластичность.

Для улучшения свойств (механических, коррозионных, тепловых и др.) применяют ле­гирующее присадки (вольфрам — В. марганец — Г, медь — Д, молибден — М, никель — Н. бор — Р, кремний — С. титан — Т. хром — X. ванадий — Ф. алюминий — Ю). По способу производства углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества (маркируются Ст 0 — Ст 7; начиная со стали Ст 4 номер соответствует 0,1ст_в цщ,) и стали качественные конструкинон-ные. а легированные стали — на качественные, высококачественные (в конце марки ставится буква А) и особо высококачественные.

Легированные стали дороже углеродистых. Они, а также качественные углеродистые стали имеют высокую прочность (су_в = 800-^-1400 МПа) и являются основными материалами для изготовления различных ответственных деталей машин (зубчатых колес, валов и т.п.).

Термическая обработка. Для придания стали определенных свойств (высокой прочно­сти, пластичности и т.д.) выполняют термообработку заготовок или готовых деталей, кото­рая состоит из трех стадий: нагрева до требуемой температуры с определенной скоростью, выдержки при этой температуре в течение требуемого времени и охлаждения с заданной скоростью. Наиболее распространены четыре процесса термообработки.

Отжиг — медленное охлаждение (вместе с печью или на воздухе) после нагрева и вы­держки для снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием отливок, проката и поковок, также снятия остаточных напряжений после сварки и черновой обработки резани­ем. Полный отжиг — нагрев до температуры, превышающей на 30 —50 С температуру пре­вращения обьемноцинтрованной решетки в гранецентрированную решетку (800 — 900 С), выдержку при этой температуре, медленное охлаждение до 400 — 600 °С вместе с печью и далее на воздухе. Для низкоуглероднстых высоколегированных сталей 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и др.. используемых для изготовления зубчатых колес применяют низкотемпературный (вы­сокий) отжиг при температуре 650 —670 °С и медленное охлаждение. Используют и другие виды отжига.

Норма лизация отличается от полного отжига охлаждением на воздухе. Приме­няют для получения однородной структуры с более высокой твердостью и прочностью, чем после отжига, для исправления структуры сварных швов, выравнивания структурной неод­нородности поковок и отливок, а также улучшения обрабатываемости.

Закалка характеризуется высокой скоростью охлаждения деталей после нагрева до температуры превращения и выдержке при этой температуре. Охлаждающая среда — вода, масло, водные растворы солей и др. Металл приобретает мелкозернистую, однородную структуру с высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, но пониженной пластичностью и более трудной обрабатываемостью резанием. Используют для получения высоких эксплуатационных характеристик.Широко применяют поверхностную закалку — нагрев с оолыпои скоростью поверхно­стного слоя (ТВЧ. лазерным лучом и др.) и быстрое охлаждение с получением мелкозерни­стой структуры в поверхностном слое заданной толщины. Коробление меньше, чем при объ­емной закалке. При этом достигаются высокая износостойкость и контактная прочность при вязкой сердцевине, что обеспечивает хорошую работу на изгиб.

Отпуск — нагрев до температуры ниже интервала превращений- выдержка и после­дующее охлаждение для повышения вязких свойств, уменьшения термических остаточных напряжений и улучшения обрабатываемости резанием. Обычно применяют после закалки (так называемое улучшение). Различают высокий (500-670°С). средний (250-450°С) и низкий отпуск (140-230 С). С увеличением температуры нагрева повышается пластичность стали после отпуска.

Химико-термическая обработка (ХТО). При ХТО изменяется химический состав по­верхностных слоев детален, что позволяет получить мелкозернистую структуру, высокую твердость, прочность и износостойкость деталей. Способы ХТО: цементация (приме­няется для сталей 15, 20Х, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА), азотирование (38Х2МЮА), циан ированне (20, 45, 35Х, 40Х), борнрование. Глубина насыщения невелика — 0,2—1 мм.

Чугуны — железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2%. Имеют вы­сокие литейные и невысокие пластические свойства по сравнению со сталями. В зависимо­сти от структуры подразделяют на белые, ковкие и серые.

Белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью, обрабатывается резанием только твердосплавным инструментом. Изготавливают тормозные колодки и другие детали, взаимодействующие с абразивом.Ковкий чугун применяют для деталей, полученных литьем, и не обрабатывают давле­нием из-за низкой пластичности. Обладает высокой прочностью (а_в = 300—630 МПа).

Серый чугун — основной литейный материал в машиностроении. Используют для изго­товления детален сложной конфигурации при отсутствии жестких требований к габаритам и массе (зубчатые колеса, валы, корпуса, шкивы и т.д.). Имеет высокие литейные свойства, среднюю прочность (ст_в < 400 МПа). удовлетворительную износостойкость, высокую демп­фирующую способность, хорошо обрабатывается резанием.

Обозначается буквами СЧ и цифрой, показывающей деленные на 10 значения предела прочности при растяжении (СЧ 15 — а_{в раС}т = 150 МПа).

Наибольшее применение имеют чугуны СЧ 15 и СЧ 20 с массовой плотностью р = 7 г/см .

Медные сплавы делятся на латуни и бронзы.

Латуни подразделяют на двойные (сплав меди и цинка) и многокомпонентные (до­полнительно вводят свинец, кремний, марганец и др.). Имеют хорошие технологические свойства (обрабатываются давлением, резанием, литьем), хорошее сопротивление коррозии. Стоимость латуни в 5 и более раз превышает стоимость качественной стали. В машино­строении основное применение имеют сложные латуни Л62. ЛКС80-3-3, ЛМцС'58-2-2 и дру­гие, используемые в узлах трения, а также для изготовления пневмо-, гидроарматуры и т.д.

Бронзы кроме основы — меди, содержат компоненты, определяющие их наименова­ние. Различают бронзы оловянистые, свинцовистые, алюминиевые, бериллиевые и др. Име­ют высокие антифрикционные свойства, коррозионную стойкость и технологические свойст­ва.

Являются важнейшим и дорогостоящим (в 10 раз дороже стали) антифрикционным ма­териалом. Широко применяют в подшипниках скольжения, в червячных и винтовых переда­чах. Обозначение: например. БрАЖ9-4, алюминий — 9%, железо — 4% (могут быть добавки: Б-бериллий. К-кремний,).

Баббиты — сплавы на основе олова, свинца и кальция. Высококачественные, хорошо прирабатывающиеся антифрикционные подшипниковые (подшипники скольжения) мате­риалы. Обозначение: Б80 (80% олова). По стоимости в 20 раз дороже стали.

Алюминиевые сплавы имеют плотность р = 2,6 — 2,9 г/см (в 3 раза меньше, чем у стали) и удельную прочность, приблизительно равную удельной прочности стали.

Литейные сплавы (сплавы с кремнием — силумины АЛ2. АЛ4, АЛ9 и др.) имеют послеАлюминиевые сплавы имеют плотность р = 2.6 — 2.9 г/см (в 3 раза меньше, чем у стати) и удельную прочность, приблизительно равную удельной прочности стали.

Литейные сплавы (сплавы с кремнием — силумины АЛ2. АЛ4, АЛ9 и др.) имеют после закалки предел прочности о_в = 170—250 МПа. Обладают высокими литейными свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием, широко применяются для изготовления сложных корпусов машин.

Деформируемые (термически неупрочняемые) сплавы марок Амц. Амг и другие, а так­же термически упрочняемые сплавы с медью и магнием (дуралюмины Д1, Д16 и др.) имеют предел прочности а_в = 350—430 МПа и используются для изготовления обработкой давлени­ем и резанием корпусов, трубопроводов, заклепок, сепараторов подшипников качения и др. деталей.

Магниевые сплавы. Основное применение благодаря малой плотности (р = 1,8 г/см³) и высоким литейным свойствам имеют литейные сплавы МЛЗ. МЛ4, МЛ5 и другие, которые после термообработки имеют предел прочности о_в = 200-230 МПа и предел текучести о_т = 150-180 МПа.

Применяют для изготовления корпусов агрегатов.

Титановые сплавы. Сплавы титана с алюминием, медью и другими присадками (ВТЗ-1. ВТ5, ВТ9, ВТ16. ВТ22 и др.) после термообработки имеют высокую прочность (о_в = 900 — 1300 МПа), малую плотность (р = 4,5 г/см ). высокую коррозионную стойкость. Применяют для изготовления корпусов, трубопроводов, крепежных деталей, заклепок и других деталей изделий авиационно-космической техники, судостроения, химической и пищевой промыш­ленности.

Пластмассы. Это материалы на основе высокомолекулярных органических соеднне-нин (смол), являющихся связующими. Они имеют 40—70% «несущих» компонентов (напол­нителя) в виде волокон (текстильных, стеклянных, асбестовых), ткани, бумаги, муки (дре­весной или минеральной) и др. Благодаря малой плотности (р = 1,1 — 2,3 г/см ), высокой кор­розионной стойкости и сравнительно высокой прочности (ст_в = 60 — 300 МПа) пластмассы применяют (часто взамен металлов) для изготовления корпусов, червячных н зубчатых колес и т.д.

Наиболее распространенными являются:

- термореактивные слоистые пластмассы — текстолит (основа — хлопчатобумажная ткань), гетинакс (основа — листы бумаги), асботекстолит. стеклопластики н древопластнки:

- термореактивные пластмассы (волокннт. фенопласт и др.). используемые для изготов­ления прессованием рукояток, шкивов, ступиц колес и др>тих деталей изделии бытовой тех­ники;

- термопластические пластмассы (оргстекло или плексиглас, винипласт, фторопласт и др.). используемые для изготовления стекол, труб, защитных пленок и др.;

- полиамиды (капрон, найлон и др.), используемые для формовки детален сложной конфигурации (ремни, зубчатые колеса и др.).

Резина. Этот материал на основе натурального или искусственного каучука имеет вы­сокую упругую податливость (малую жесткость), хорошо гасит колебания, сопротивляется истиранию и т.д.

В зависимости от назначения резина изготовляется мягкой (для шин), пористой (для амортизаторов) и жесткой (эбонит — для электротехнических изделий).

Для повышения несущей способности резинотехнических изделий их «армируют» тек­стильными или стальными элементами (тканью, шнурами, лентой) — для изготовления авто­покрышек, ремней, рукавов и др.

5. Рассчитывают основные размеры детали по тем критериям работоспособности, кото­рые являются в данном случае наиболее важными, и согласовывают их с действующимистандартами. Эти расчеты чаше всего являются предварительными, так как они базируются на упрощенных схемах, которые не позволяют достоверно оценить фактическую работоспо­собность детали.

При проектировании широко применяют расчеты деталей машин по приближенным фор­мулам и эмпирическим зависимостям, основанным на огромном опыте проектирования и эксплуатации подобных детален. Таким образом, надежный расчет возможен лишь тогда, ко­гда уже известны форма и абсолютные размеры детали, а также другие данные, характери­зующие ее работу в узле. Поэтому предварительными расчетами можно определить лишь исходные для проектирования детали и узла размеры, и только в простейших случаях они могут оказаться и окончательными. Тогда эти расчеты называются проектировочными.

6. Вычерчивают детали на общем виде узла, а затем в порядке рабочего проектирования производят деталировку, т. е. подробную конструктивную разработку детали с указанием на рабочем чертеже всех ее размеров, допусков, параметров шероховатости поверхностей, спе­циальных технологических требований (термическая обработка, покрытия и др.) и т. д.

7. Проводят проверочные расчеты по всем основным критериям работоспособности, т. е. определяют запасы прочности в расчетных (опасных) сечениях, деформации (прогибы, углы закручивания), температуру узла и сопоставляют их с допустимыми значениями. В случае несоответствия в конструкцию вносят изменения, после чего повторяют проверочные расче­ты. Последовательным приближением удается обеспечить требуемое соответствие между расчетными и допустимыми значениями запасов прочности, прогибов и т. д.