УМКД 042-14.1.01.3.20.10/03-2012

Редакция № 1

стр. 121 из 121

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА
Документ СМК 3 уровня	УМКД	УМКД 042-14.1.01.3.20.10/03-2012
УМКД Учебно-методические материалы по дисциплине «Надежность технологических машин»	Редакция № 1

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ

«НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН»

для специальности 5В072400 –

«Технологические машины и оборудование»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей 2012

Содержание

1	Глоссарий (Примечание-наличие данного раздела не обязательно)
2	Лекции
3	Практические и лабораторные занятия
4	Самостоятельная работа студента

1 ГЛОССАРИЙ

В настоящем УММ использованы следующие термины с соответствующими определениями:

1.1 Машина - оборудование, которое предназначено для выполнения технологических операций.

1.2 Жесткость — это способность системы со­противляться образованию деформаций.

1.3 Работа - это производственный процесс, требующий опре­деленных затрат труда.

1.4 Граничное трение — это трение двух твердых тел при наличии на поверхности трения слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающимися от объемных.

1.5 Жидкостное трение — это сопротивление относитель­ному перемещению, возникающему между двумя телами, раз­деленными слоем жидкости, в которой проявляются ее объем­ные свойства.

1.6 Надежность — это свойство машины выполнять задан­ные функции, сохраняя во времени значения установленных экс­плуатационных показателей в заданных пределах, соответст­вующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки.

1.7 Безотказность — это свойство машины или механизма непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

1.8 Ремонтопригодность — свойство машины, заключаю­щееся в предупреждении причин возникновения ее отказов, по­вреждений и устранению их последствий путем проведения ре­монтов и технического обслуживания.

1.9 Долговечность — свойство машины сохранять работо­способность до наступления предельного состояния при уста­новленной системе технического обслуживания и ремонтов.

1.10 Сохраняемость — свойство машины непрерывно сохра­нять исправное работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортировки.

1.11 Исправное состояние — это состояние машины, при котором она соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

1.12 Неисправность — состояние машины, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований, установ­ленных нормативно-технической документацией.

1.13 Неисправность — состояние машины, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований, установ­ленных нормативно-технической документацией.

1.14 Отказ — это нарушение работоспособности машины.

1.15 Предельное состояние — это состояние машины, при котором ее дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, вы­хода заданных параметров за установленные пределы, сниже­ния эффективности эксплуатации ниже допустимого или необ­ходимого проведения капитального ремонта.

1.16 Работоспособность — это состояние машины, при ко­тором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных нор­мативно-технической документацией.

1.17 Наработка — это продолжительность или объем работы машины (измеряемая в часах, циклах, тоннах и других едини­цах).

1.18 Ресурс — это наработка машины от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступ­ления предельного состояния.

1.19 Срок службы — это календарная продолжительность экс­плуатации машины от ее начала или возобновления после капи­тального ремонта до наступления предельного состояния.

2 Лекции

Лекция 1. Введение.

Содержание лекционного занятия:

1. Цель и задачи курса.

2. Классификация оборудования пищевых производств по конструктивному признаку.

3. Требования к конструкциям оборудования.

1. Технологическим оборудованием называется оборудование, которое предназначено для выполнения технологических операций.

Технологические операции и соответственно процессы делятся на общие и специфические.

К первым относятся - механические, гидромеханические, тепло массообменные процессы. Например - измельчение, сепарирование, варка, сушка, и т.д.

Ко вторым - обездвиживание, закол и обескровливание скота, снятие шкуры, и т.д.

ТО подразделяется, прежде всего: (по принципу сочетания в потоке)

• на машины и аппараты.

Существуют и другие виды ТО. Например:

• приспособления, агрегаты, технологические поточные линии, установки, комплексы, комбинированные машины и т.д.

Отличия между ними заключаются в их структурной форме.

Наиболее простая машина по своей структурной форме состоит как минимум из трех частей:

• исполнительного (или рабочего) механизма;

• передаточного (или приводного) механизма;

• двигательного механизма (электродвигателя, ДВС или теплового).

Аппарат в классическом виде (простой аппарат) состоит из, прежде всего:

• исполнительного (или рабочего) органа либо рабочей камеры.

(двигательный и передаточный механизм, а также целая группа в некоторых случаях других рабочих механизмов носят вспомогательный характер либо вообще отсутствуют).

2) Согласно функциональному признаку, предложенному в свое время профессором Пелеевым А.И., все ТО делится на 6-ть основных групп.

Подъемно-транспортное оборудование мясокомбинатов.

А) Подвесные пути и конвейеры, и оборудование для их обслуживания.

В) Напольные передвижные и стационарные ПТУ.

С) Устройства для передачи мясопродуктов по трубам.

Оборудование для разделки скота и птицы.

А) Машины для съемки шкур.

В) Машины для съемки щетины, волоса и оперения.

С) Машины для обработки кишок.

Оборудование для механообработки мяса и мойки мясопродуктов.

А) Машины для резания туш, мяса и различных мясопродуктов

В) Машины для перемешивания мясопродуктов.

С) Машины для мойки мяса и мясопродуктов.

Относительно конструкции рабочего органа можно отметить следующее:

согласно классификации проф. Пелеева А.И. выделяются 15 типов наиболее распространенных рабочих органов (РО).

- С гибкими тяговыми связями. (В виде цепей, тросов, обрезиненных лент или ремней).

- С цилиндровой парой. (Поршень, цилиндр).

- Лопастные.

- Винтовые и шнековые.

- Гибкие (резиновые или обрезиненные).

- Мембранные и шланговые.

- Вальцовые. (В виде металлического или обрезиненного вала – гладкого или рифленого).

- Барабанные. (В виде вращающегося с небольшой скоростью барабана).

- Режущие. (В виде различных конструкции ножевых устройств).

- Фрикционные (использующие трение).

- Ударные и истирающие (т.е. работающих на основе удара).

- Использующие действие радиального ускорения (центробежные).

- Оросительные и распылительные.

- Струйные и вихревые.

- Теплопередающие.

Оборудование для разделения, дозирования и формования.

А) Машины для прессования мясопродуктов.

В) Машины и аппараты для разделения в поле действия центробежных и гравитационных сил.

С) Машины для формования котлет, пельменей, разлива жира, упаковки фарша, наполнения консервных банок и т.д.

Оборудование для тепловой и диффузионной обработки мяса и мясопродуктов.

А) Котлы для варки мяса, камеры для варки, копчения и обжарки колбасных изделий, печи для жарки мясных хлебов, карбонада и буженины, а также пирожков и т.д.

В) Машины и аппараты для посола мяса, гашпили и чаны для тузлукования шкур, машины для мокрого и сухого посола шкур и т.д.

3) При конструировании машин и аппаратов необходимо руководствоваться следующими основными требованиями:

а) Конструкция аппарата должна обеспечивать ведение технологического процесса с заданными параметрами и получение продукта высокого качества. Наиболее важными факторами при тепловой обработке пищевых продуктов являются темпера­турный режим и продолжительность теплового воздействия. В связи с этим необходимо правильно выбрать поверхность теп­лообмена, оптимальную скорость движения или циркуляции продукта и предусмотреть возможность гибкого регулирования теплового режима.

В целях сохранения качества продукта особое внимание должно быть уделено выбору материалов: материал деталей, со­прикасающихся с продуктом, не должен вступать с ним в хими­ческие реакции и изменять его свойства (например, разрушать биологически активные вещества); материал деталей аппарата должен выбираться с учетом коррозионной стойкости при со­прикосновении с обрабатываемыми пищевыми средами.

В аппарате не должно быть застойных зон (нерабочих объ­емов) , в которых мог бы накапливаться продукт.

б) Аппарат должен иметь высокую производительность, быть экономичным в эксплуатации. Это достигается путем повыше­ния интенсивности теплообмена и максимального снижения гидравлических сопротивлений аппарата.

Необходимо стремиться к уменьшению загрязне­ния поверхности теплообмена и предусмотреть возможность легкой ее очистки.

в) Аппарат должен быть простым и дешевым в изготовлении, надежным и удобным в эксплуатации. Конфигурация поверхно­сти теплообмена должна быть выбрана в наиболее простом и технологичном конструктивном оформлении. Способ изготов­ления и монтажа деталей следует выбрать наиболее простой и дешевый. Необходимо выбрать наиболее экономичные ма­териалы.

Надежность работы аппаратов обеспечивается рационально­стью конструкции, плотностью и прочностью разъемных соеди­нений деталей, сальников и других устройств; способностью аппарата компенсировать температурные деформации; удоб­ством осмотра и очистки поверхностей теплообмена; удобством контроля за работой аппарата; коррозионной стойкостью и проч­ными размерами его деталей, находящихся под воздействием высоких температур и давлений.

г) Конструкция аппарата должна соответствовать требова­ниям Госгортехнадзора по выбору материалов, расчетным нор­мам по допускаемым напряжениям и запасам прочности, коэф­фициентам прочности сварных швов и другим показателям.

Одной из важнейших задач конструирования является снижение материалоемкости конструкций. К основным направлениям снижения материалоемкости можно отнести следующие: снижение массы, повышение коэффициента использования материала, выбор рационального материала.

Учитывая важнейшие факторы, влияющие на конструирование и прочностной расчет стенок, аппараты пищевых производств можно подразделить следующим образом:

по назначению – для хранения и переработки;

по конструктивному материалу – стальные, чугунные, медные, алюминиевые и т.д.;

по способу изготовления – сварные, литые, клепаные, паяные и т. п.;

по форме - цилиндрические, сферические и конические, торовые и комбинированные;

по схеме нагрузки – работающие под действием внутреннего или внешнего давления;

по температуре стенки – необогреваемые, обогреваемые или охлаждаемые;

по условиям коррозионного воздействия среды – работающие в условиях умеренного или интенсивного разъедания;

по положению в пространстве – вертикальные, горизонтальные или наклонные;

по способу сборки – разъемные или неразъемные;

по толщине стенки – тонкостенные или толстостенные.

Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).

Конструкцию аппарата следует разрабатывать исходя из основных технических требований, предъявляемых к аппарату, и условий, при которых аппарата будет эксплуатироваться. К числу основных требований относятся: назначение и среда, техническая характеристика (производительность, емкость, поверхность теплообмена и т.п.), а также надежность и безопасность.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 2. Этапы конструирования.

Содержание лекционного занятия:

1. Основные стадии разработки конструкторской документации.

2. Кинематическая схема.

3. Цикловая диаграмма.

4. Силовой расчет.

5. Конструктивная компоновка машины.

1. Основные стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности установлены ГОСТ. В наиболее общем случае исходным материалом для проектирования служит тех­ническое задание, выдаваемое планирующей организацией или заказ­чиком. Оно определяет параметры машины (аппарата), область и усло­вия ее применения.

Техническое задание. Для конструктора необходимо хорошее зна­ние отрасли промышленности, для которой проектируется машина. Конструктор должен проверить задание и, если потребуется, доказать необходимость его корректировки. Когда техническое задание выда­ется предприятием определенной отрасли промышленности, целесооб­разно стремиться параллельно с удовлетворением требований заказ­чика обеспечить также возможность применения машины на других предприятиях в смежных отраслях промышленности.

Техническое предложение. Исполнитель анализирует информационный материал и обосновывает целесообразность выполнения вариантов изделия.

Эскизный проект. Этот документ содержит комплекс конструктор­ских материалов, относящихся к принципиальным решениям устройст­ва и действия изделия. Исполнитель приводит здесь и его основные параметры, принципиальные схемы, чертеж общего вида, наиболее важ­ных сборочных единиц и деталей.

Технический проект. Окончательные технические решения по дан­ному изделию даются исполнителем в техническом проекте. В нем при­водятся все схемы, расчеты, эксплуатационные данные, обосновыва­ются технические решения и показатели надежности.

Рабочий проект. На этом этапе воплощаются все конструктивные смыслы, разработки и эксперименты. Исполнителем готовится конст­рукторская документация для изготовления всех деталей и сборки машины.

С момента начала проектирования до внедрения машины в про­мышленность проходит определенный период, продолжительность которого зависит от сложности и качества проектных работ. Указанный период слагается из следующих стадий: проектирования, изготовле­ния машины, заводской отладки и доводки опытного образца, промышленных испытаний, переделок на основе результатов испытаний и приемки опытного образца. После этого создается техническая документация головной серии, осуществляются изготовление машины и про­мышленные испытания. Далее разрабатывается серийная документация и организуется серийный выпуск. Машины с заниженными параметра­ми, сконструированные без учета новых представлений о качестве, надежности и долговечности, оказываются устаревшими уже к началу серийного выпуска.

2) Кинематическая схема машины представляет собой условное плоскостное или перспективное изображение отдельных ее механизмов звеньев в их взаимосвязи, позволяющее получить представление о том, как передается движение от привода к исполнительным механизмам. Кинематическая схема должна соответствовать заданию на проектирование и условиям производства; при этом необходимо добиваться максимально возможной простоты схемы путем использования стандартных и нормализованных узлов, рационального их расположения и уменьшения числа и размеров деталей; кинематическая схема должна давать возможность подсчитать величины чисел оборотов, скоростей и перемещений всех составляющих ее звеньев; предусматривать наиболее полную целесообразную автоматизацию работы машины и обеспечивать наибольшее значение к. п. д. машины и ее отдельных механизмов.

При проектировании кинематической схемы целесообразно руководствоваться следующими соображениями:

а) кинематическая цепь должна содержать минимальное количе­ство звеньев для передачи движения от электродвигателя к рабочим органам. Поэтому для случая быстроходной машины следует подбирать двигатель с числом оборотов, близким к числу оборотов ведомого звена (рабочего органа). Для тихоходной машины более целесообразен высо­кооборотный двигатель с редуктором;

б) в старых конструкциях нередко применялись длинные кинема­тические цепи. В современных машинах длина этих цепей сокращается путем:

- разделения их на участки с отдельными электродвигателями,

- применения многоскоростных электродвигателей в комбинациях со ступенчатыми и бесступенчатыми передачами;

в) полное передаточное отношение кинематической цепи редукторов целесообразно разложить на частные передаточные отношения таким образом, чтобы они располагались в порядке убывающих величин. При этом наибольшую редукцию следует давать в последней передаче от двигателя;

г) в специализированных машинах, предназначаемых для серийно­го и массового производства, наряду с коробкой передач можно ис­пользовать и сменные зубчатые колеса;

д) при проектировании параллельных передач (например, клиноременных) следует считаться с возможностью возникновения замкну­того контура циркулирующей мощности.

Кинематическая схема механизма проектируется, как правило, по номинальным размерам звеньев без учета допусков па изготовление деталей и зазоров в кинематических парах. Полученная таким путем расчетная кинематическая схема механизма отличается от действитель­ной. В результате перемещения, скорости и ускорения ведомых звеньев действительного механизма будут отличаться от тех же параметров расчетного механизма. Во избежание нарушений технологических тре­бований к обработке, ускоренного изнашивания и возможных аварий в необходимых случаях следует проверить расчетным путем точность кинематических схем.

3) Для выполнения заданного технологического процесса по принятой технологической и кинематической схемам нужна взаимная согласован­ность работы всех исполнительных механизмов, что достигается разра­боткой цикловой диаграммы (циклограммы) машины, которую строят линейной или круговой.

Период кинематического цикла Т_к механизма обычно состоит из интервалов рабочего перемещения t_р, холостого перемещения t_х и остановки t₀.

Если прямоугольник, длина которого пропорциональна периоду кинематического цикла, разделить на части, пропорциональные времени каждого из интервалов, получим линейную цикловую диаграмму механизма.

Для выполнения машиной, включающей механизмы А, Б, С, задан ной последовательности операций необходимо, чтобы цикловая диаграмма механизма, выполняющего предыдущую операцию, занимала но от ношению к цикловой диаграмме механизма, выполняющего последующую операцию, вполне определенное положение.

За начальное положение цикловой диаграммы принимают начальное положение одного из механизмов, который в этом случае именую «цикловым» механизмом. Обычно в качестве циклового принимают механизм, выполняющий основную операцию либо, при равноценны операциях, выполняющий первую операцию, например, механизм А.

Обычно длину цикловой диаграммы ограничивают периодом кинематического цикла машины.

Круговая циклограмма отличается от линейной лишь формой способом изображения. Период кинематического цикла в круговой циклограмме выражается не временем Т_к, а углом 2π и вместо фазового времени откладываются фазовые углы.

4) Если в число заданных сил не входят силы инерции, расчет именуется статическим. Расчет с учетом сил инерции называется кинетостатическим. В первом приближении кинетостатический расчет проводят без учета сил трения.

Кинетостатический расчет заключается в определении сил, действующих на звенья механизмов машины, составлении расчетной схеме силового нагружения их для последующего расчета деталей на прочность. Обычно составляют упрощенные расчетные схемы с приведением действующих сил к той или иной плоскости.

Силовой расчет производится по силам или моментам, приложенным к рабочему органу машины, либо расчет ведут на основе предварительно определенной потребной мощности двигателя.

При отсутствии достаточных данных для теоретических расчетов можно пользоваться статистическими зависимостями в виде эмпириче­ских формул. Последние дают правильные результаты в ограниченном интервале, определенном условиями их нахождения. Поскольку условия работы машин по мере технического прогресса изменяются, то и срок применения эмпирических формул также ограничен, несмотря на обыч­ные приемы продления этого срока путем введения поправочных коэф­фициентов.

По результатам силового расчета, проведенного первым путем, по­лучают величину момента М_эф, обусловленного рабочим процессом ма­шины. Приведя М_эф к ведущему валу машины и учтя момент сопротив­ления машины от сил трения, вычисляют приведенный момент сопро­тивления машины М_ст.

Обычно, рассчитывая передаточный механизм от двигателя к рабо­чему органу, считают его жестким, обладающим одной степенью сво­боды. Для расчета такого механизма современными методами следует считаться с эластичностью звеньев, при которой каждое звено может в известном интервале двигаться независимо от других. Все детали та­кого механизма участвуют в уравновешивании внешней силы. Однако деталь, расположенная ближе к двигателю, будет сильнее противо­стоять внешней силе, чем более удаленная деталь. Чтобы учесть противо­действие каждой из деталей внешней силе или для того чтобы найти силу, возникающую между двумя любыми соприкасающимися деталя­ми, предложен метод преобразования механизмов.

Метод состоит в замене рассчитываемого механизма упрощенным, эквивалентным ему. При такой замене необходимо, чтобы кинетическая энергия частей преобразованного механизма осталась равной кинетиче­ской энергии исходного механизма и потенциальная энергия деформи­рованных деталей также оставалась неизменной.

5) Имея кинематическую схему и расчетные геометрические размеры основных деталей, можно приступить к конструктивной компоновке ма­шины.

При этом учитывают:

- форму, размеры и массу материалов или изделий, предназначенных к обработке;

- целевое назначение машины и возможные технологические варианты обработки намеченных материа­лов или изделий;

- условия производства, в которых будет изготовляться машина;

- требования к точности обработки изделий на машине;

- необхо­димость и возможность автоматизации управления машиной;

- габариты машины, получающиеся при различных вариантах компоновки, тради­ционной и новой;

- последующие стадии проектирования машины;

- усло­вия транспортирования готовой машины к месту установки;

- условия монтажа машины у потребителя;

- условия обслуживания машины в про­цессе эксплуатации.

При компоновке машины полиблочной конструкции необходимо решить вопрос о разделении ее на узлы и подузлы, имея в виду воз­можность вести параллельную сборку их, а также производить обкатку, регулирование и испытание каждого узла в отдельности.

Такая компоновка машины уменьшает время проектирования, улуч­шает организацию планирования производства, сокращает цикл сборки машины, улучшает экономические показатели производства. Нужно делать все возможное, чтобы машина успешно служила человеку и от­вечала его эстетическим запросам.

На стадии конструктивной компоновки необходимо учитывать тре­бования технической эстетики (художественного конструирования) к разрабатываемой конструкции.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 3. Методика конструирования.

Содержание лекционного занятия:

1) Методика конструирования.

2) Виды и структура изделия.

3) Виды и комплектность конструкторских документов.

1. Методика конструирования приведена на рис. 1.

Техническое задание - исполнитель совместно с заказчиком формирует требование к изделию, сроки изготовления.

Техническое предложение – варианты изготовления изделия.

Эскизный проект – разрабатывается конструкторская документация, содержащая принципиальное решение, создается чертеж общего вида.

Технический проект – вся документация для изготовления.

Рабочий проект – вся документация для изготовления, изготавливается опытный образец.

Рис. 1. Методика конструирования.

2) Виды и структура изделия состоит в следующем.

Рис. 2. Виды и структура изделия.

Изделие – это, то что изготавливают.

Детали – изготавливаются из однородного материала, не применяются сборочные единицы.

Сборочные единицы – изделия, состоящие из деталей, к которым применяется сборка.

Комплекс – два или более изделий, выполняющие взаимосвязанные функции и не соединяемые на заводе изготовителе.

Комплект – изделия, носящие вспомогательный характер.

Условия эксплуатации:

У – изделия эксплуатируются в районах с умеренным климатом.

УХА – умеренный и холодный климат.

Т – тропическое исполнение.

В – всеклиматическое исполнение.

Место установки:

- На открытом воздухе.

- Под навесом.

- В закрытых помещениях с естественной вентиляцией

- В помещениях с искусственной вентиляцией

- В помещениях с повышенной влажностью.

Требования, предъявляемые к химическому оборудованию.

• Эффективность – высокая производительность.

• Надежность.

• Прочность, жесткость, устойчивость.

• Минимум материала и энергоемкость.

• Производственная и эксплуатационная технологичность.

• Транспортабельность.

• Безопасность при эксплуатации.

• Экологическое совершенство.

• Соответствие основным положениям в экономике и эстетике.

• Патентная чистота.

3) Виды и комплектность конструкторских документов представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Вид документа	Определение
Чертеж детали	определяет конструкцию детали, поясняет принцип его изготовления
Сборочный чертеж (СБ)	определяет конструкцию сборочной единицы и взаимосвязь его основных частей, поясняет принцип работы сборочной единицы
Чертеж общего вида (ВО)	определяет конструкцию изделия и взаимосвязь его основных частей, поясняет принцип работы изделия
Теоретический чертеж (ТЧ)	Определяет геометрическую форму (обвода) изделия и координаты расположения его составных частей
Габаритный чертеж (ГЧ)	содержит контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами
Электромонтажный чертеж (МЭ)	содержит данные для электромонтажа
Монтажный чертеж (МЧ)	контурное упрощенное изображение изделия, содержит данные, необходимые для его установки
Упаковочный чертеж	данные для упаковки изделия
Схема	показывает в виде условных изображений составные части изделия
Спецификация	определяет состав сборочной единицы, комплекта

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”.- Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 4. Требования к материалам, учитываемые при конструировании.

Содержание лекционного занятия:

1) Требования к материалам, учитываемые при конструировании.

2) Снижение материалоемкости деталей и узлов.

3) Влияние вида нагружения на прочностные характеристики материалов.

1) Унификация деталей и узлов. Конструкторская унификация способствует рациональному сокращению числа объектов одинакового функционального назначения.

Повышение надежности машин является общей технической зада­чей, которая должна решаться на всех этапах проектирования, изготов­ления и эксплуатации. Повышение надежности позволяет увеличить период работы машины между ремонтами и уменьшить число ремонтов за время службы машины. Повышению надежности конструкций спо­собствуют увеличение прочности, жесткости, применение самоустанав­ливающихся узлов, равномерное нагружение опор и др.

Увеличение прочности. Детали, подвергающиеся действию изменя­ющихся во времени нагрузок, разрушаются при напряжениях, значи­тельно меньших предела прочности материала при стационарном нагружении. Этот фактор имеет большое значение для современных машин, работающих при значительном числе циклов нагружения. По данным статистики, к основным причинам повреждений и аварий машин можно отнести явления усталости. Поэтому проблема сопротивления уста­лости является первостепенной для увеличения прочности элементов машин.

При конструировании деталей, испытывающих действие перемен­ных нагрузок, необходимо стремиться к уменьшению концентрации напряжений. Например, резьбовые отверстия целесообразно заменять гладкими. На участках расположения концентраторов напряжений следует увеличивать сечение детали, что понижает номинальные напря­жения.

Значительное уменьшение концентрации напряжений во входящих углах ступенчатых деталей можно достигнуть введением плавных со­пряжений и галтелей. На рис. 1 показаны способы перекрытия гал­телей при установке шарикоподшипников.

Рис. 1. Ступенчатые валы:

а, б - с острыми углами на переходном участке; в - с коническим сопряжением; г…ж - с галтелями.

При наличии отверстий концентрация напряжений уменьшается в результате увеличения сечений деталей на участке расположения этих отверстий, скругления кромок отверстий и т. д.

Увеличение жесткости. Жесткость — это способность системы со­противляться образованию деформаций. Основными способами увели­чения жесткости деталей и узлов являются: возможное исключение изгиба с заменой его сжатием или растяжением, введение связей между участками наибольших деформаций для деталей, работающих на из­гиб, целесообразная расстановка опор, увеличение сечений и усиление участков перехода от одного сечения к другому, применение кониче­ских и сводчатых форм.

2) Одной из важнейших задач конструирования является снижение материалоемкости конструкций. К основным направлениям сниже­ния материалоемкости можно отнести следующие: снижение массы, повышение коэффициента использования материала, выбор рациональ­ного материала, унификация деталей и узлов.

Снижение массы. Один из основных способов снижения массы конструкций — рациональное нагружение деталей, обеспечивающее одинаковые напряжения в каждом сечении детали по ее продольной оси и в каждой точке этого сечения. Это возможно только при неко­торых видах нагружения, когда нагрузку воспринимает все сечение детали (растяжение-сжатие).

Повышение коэффициента использования материала. Способы повышения коэффициента использования материала разнообразны: замена поковок литыми заготовками, получение заготовок с помощью горячей или холодной штамповки и др. Прогрессивным направлением в создании высокотехнологичных конструкций, обеспечивающих су­щественную экономию металла, является применение стандартных и специальных профилей проката, особенно облегченных.

Выбор рационального материала. Конструктор имеет возможность выбрать при проектировании разные материалы, обеспечивающие при­мерно одинаковые эксплуатационные качества деталей, но различающие­ся по стоимости и трудоемкости обработки. Использование легированных сталей, особенно при изготовлении машин и аппаратов, работающих в коррозийных и агрессивных средах, обеспечивает снижение расхода металла. Часто вместо дорогих легированных сталей применяют более дешевые низколегированные стали. Для экономии цветных металлов можно предусмотреть, например, изготовление элементов червячных зацеплений из стали с закрепленной насадкой бандажей из бронзы.

3) На рис. 2, а показана схема деформации стенок цилиндрического аппарата, нагруженного внутренним давлением. Участки наибольшей деформации следует укреплять элементами, работающими на растя­жение: обечайку — кольцом 1, днище - анкерным болтом 2. Повыше­нию жесткости способствует рациональная расстановка опор, например, возможно большее сближение их. Для увеличения жесткости широко применяют ребра жесткости.

Рис. 2. Цилиндрический аппарат:

а - нагруженный внутренним давлением; б - усиленный элементами жесткости

Применение самоустанавливающихся узлов. В подвижных соеди­нениях, когда возможны перекосы и смещения деталей, необходимо обеспечить относительную свободу для самоустанавливаемости деталей и узлов.

Равномерное нагружение опор. Равномерное нагружение опор непосредственно влияет на надежность узлов оборудования. Например, в зубчатой передаче (D₂/D₁4) нагрузка Р₁ на малое колесо больше нагрузки Р₂ на большое колесо. Поэтому левый подшипник нагружен в 2,5 раза больше, чем правый. Одинаковая долговечность обеспечивается, если в правой опоре подшипник меньшего диаметра.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 5. Создание равнопрочной формы деталей.

Содержание лекционного занятия:

1) Создание равнопрочной формы деталей.

2) Учет влияния коррозии металлов.

1) Уменьшение материалоемкости конструкций и их облегчение сопровождается снижением их стоимости. Однако при этом не должны понижаться прочность и жесткость машины.

Значительного уменьшения материалоемкости можно дости­гнуть, придавая деталям равнопрочную форму, чтобы напряже­ния в каждом сечении и каждой точке этого сечения были оди­наковы. Это, однако, возможно осуществить, когда нагрузка воспринимается всем сечением детали. В других случаях можно только приближаться к условию равнопрочности, выравнивая напряжения по сечению удалением металла из менее нагружен пых зон сечения и добавлением его в более нагруженных зонах на периферии сечения.

W=1; W=1,6; W=1,73; W=Z,73; =2,73; W=3,2; W=4,6 W=52

I=1 I=1,06 I=1,9 I=2,1 I=4,5 I=4,6 I=9,5 I=11

Рисунок 1. Сплошные и полые профили с одинаковой площадью сече­ния

(момент сопротивления W и момент инерции 1 круглого

сплошного сечения условно приняты за 1)

На рисунке 1 изображен ряд профилей балки, подвергаемой из­гибу, с одинаковой площадью сечения в порядке усиления пери­ферийной зоны сечения и возрастания момента сопротивления. Пустотелые и двутавровые сечения балок, работающих на изгиб, отличаются наибольшей прочностью и жесткостью (эти величины характеризуются зна­чениями соответственно момента сопротивления W и момента инерции /).

В пищевом машиностроении широко распространены цилин­дрические детали (валы, оси и др.). Полые круглые профили обладают существенными преимущест­вами по сравнению со сплошными.

На рисунке 2 приведены зависимости отношений (/, W и D—соответственно момент инерции, момент сопро­тивления и наружный диаметр полого сечения; , и — соответственно момент инерции, момент сопротивления и диа­метр сплошного сечения) от отношения внутреннего диаметра d полого сечения к наружному диаметру D. При = 0,9 момент сопротивления и момент инерции увеличиваются соответственно в 4,5 и 10 раз, а при =0,95 — в 6 и 20 раз по сравнению со значениями этих характеристик для сплошной детали (d = 0) той же массы.

Преимущества тонкостенных профилей обусловили тенденцию применения их в современном машиностроении для напряжен­ных деталей.

Рисунок 3. Неравнопрочные детали (а), равнопрочные детали (б)

и уз­лы (в) с равнопрочными деталями

(1, 2, 3, 4 - ряды деталей с одной исходной конфигурацией)

Если деталь работает на изгиб, то ее равнопрочность дости­гается при одинаковом отношении изгибающего момента к осе­вому моменту сопротивления сече­ния во всех сечениях. При кручении (если крутящий момент постоянен) равнопрочность детали достигается, когда моменты сопротивления всех сечений одинаковы. Практически трудно выполнить указанные усло­вия, так как детали имеют дополни­тельные элементы - буртики. вы­точки, резьбы и т. д. В связи с этим в реальных условиях равнопроч­ность удается обеспечить лишь при­ближенно.

На рисунке 3 показаны варианты придания равнопрочности цилинд­рическим деталям 1 - 4, подвергае­мым изгибу сосредоточенной на­грузкой. Равнопрочность сплошной детали 1 достигается изменением наружной конфигурации детали вдоль оси, а детали 2 - удалением материала изнутри при сохранении детали. Равнопрочность полых деталей обеспечивается измене­нием наружной се конфигурации (деталь 3) или формы внут­ренней полости (деталь 4). Жест­кость равнопрочных деталей меньше жесткости деталей, имею­щих хотя бы местные повышенные запасы прочности.

Наиболее эффективно обеспечение равнопрочности быстровращающихся дисков. Согласно условию равнопрочности тол­щина этих деталей должна уменьшаться по мере возрастания радиуса.

2) К металлам и сплавам, соприкасающимся с пищевыми продуктами, предъявляют особые требования, связанные с процессами коррозии металлов.

Различают следующие основные виды коррозии:

- равномерная, когда разрушению подвергается вся поверхность металла в одинаковой или почти одинаковой степени;

- точечная, когда разрушаются небольшие участки и размеры разрушения ограничиваются пятнами величиной до 10 мм;

- межкристаллитная, когда материал разрушается по границам кристаллитов; этот вид коррозии наиболее опасен, так как она очень быстро распространяется в глубь металла и в короткий срок приводит к разрушению.

Коррозионная стойкость зависит от ряда факторов. Металлы и сплавы, стойкие в одних средах, могут быть совершенно нестойкими в других. В одних и тех же коррозионных условиях (среда, концентрация, температура) скорость коррозии может быть разной в зависимости, например, от состояния поверхности металла.

Продукты коррозии, смешиваясь с пищевыми продуктами, понижа­ют их качество, а иногда делают их совершенно непригодными для питания. Поэтому металлы и сплавы машин и аппаратов пищевых про­изводств совершенно не должны подвергаться коррозии от контакта с пищевыми продуктами либо скорость коррозии должна быть минималь­ной. Кроме того, оборудование должно легко очищаться от остатков продуктов и не должно разрушаться под влиянием моечных средств. Не допускается, чтобы продукты коррозии были токсичными и оказывали влияние на органолептические свойства пищевых продуктов (вкус, за­пах, цвет и т. п.).

Для изготовления технологического оборудования, а также тары для хранения и перевозки пищевых продуктов в настоящее время при­меняются медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, железо и его спла­вы, эмалированные металлы, нержавеющие и кислотостойкие стали. Эти вопросы подробно рассматриваются в других курсах.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”. - Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 6. Механические характеристики металлов и сплавов.

Содержание лекционного занятия:

1) Механические характеристики железа и его сплавов.

2) Механические характеристики цветных металлов и их сплавов.

1) Металлы широко распространены в природе. Их отличают вы­сокая тепло- и электропроводность, специфический блеск, высокая пластичность. Эти свойства в зна­чительной мере зависят от чистоты металла. Даже незначительное количество примесей сильно изменяет свойства металлов. Так, счи­тавшиеся длительное время хрупкими титан, хром, вольфрам и другие металлы после очистки от примесей до 10^-6-10^-5 % прокаты­ваются даже при низких температурах. Цинк, легко корродирую­щий на воздухе, после очистки до 10^-4% проявляет высокую устой­чивость в агрессивных средах, в частности в соляной кислоте. Как правило, с увеличением чистоты повышаются электропроводность и пластичность металла, однако прочность его резко падает.

По степени очистки различают металлы технически чи­стые (с содержанием примесей до 0,1-0,5 %), химически чистые (0,01-0,1 %) и сверхчистые, ультрачистые (менее 0,001 %). Абсолютно чистых веществ не существует, но спе­циальные методы очистки позволяют получить металлы с весьма низким содержанием примесей (до 10^-4-10^-10 %). Чистые металлы применяются в ракетной технике, сверхзвуковой авиации, автома­тике, химической индустрии и т.д. Но там, где нужна высокая кон­структивная прочность, применяют металлические сплавы.

Все металлы и сплавы делятся на черные (к ним относят железо и сплавы на его основе) и цветные — все остальные металлы и их сплавы.

Сплавы железа применяются практически во всех отраслях промышленности. Главные из них – славы железа с углеродом – чугуны и стали. Стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и инструментальные. Сталь обыкновенного качества применяется для строительных конструкций, крепежных деталей, листового и профильного проката, заклепок, труб, арматуры, проволоки и т.д. Качественные стали применяются в основном для изготовления деталей машин. Инструментальные стали идут на изготовление различных слесарных, станочных, режущих и ударных инструментов.

Легированные стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали широко применяются в машиностроении для изготовления ответственных деталей таких, как пальцы, втулки, шестерни, валы, оси, кулачки, звездочки и т.д. Инструментальные стали используются для изготовления инструментов, работающих с большими подачами и в условиях динамических нагрузок, обрабатывающих твердые материалы. Стали с особыми свойствами подразделяются на нержавеющие, жаропрочные и износостойкие.

Различают белый, серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Белые чугуны перерабатываются в сталь. Из серых чугунов изготовляют отливки для корпусов редукторов, насосов, крышек, стоек, цилиндров, станин и т.д. Высокопрочный чугун идет на изготовление траверс прессов, корпусов турбин, коленчатых валов, поршней, кронштейнов и т.д. Ковкий чугун используется для изготовления ответственных деталей таких, как корпуса редукторов, ступицы, крюки, скобы, головки, фланцы муфт, звенья и ролики цепей конвейеров.

2) По физическим и химическим свойствам и характеру залегания в земной коре цвет­ные металлы и их сплавы подразделяются на легкие: алюминий, бериллий, магний, титан, литий, натрий, калий, кальций, рубидий, хезий, стронций, барий; тяжелые; медь, никель, кобальт, свинец, олово, цинк, кадмий, сурьма, висмут, ртуть; благородные, обладающие высокой устойчивостью против коррозии: зо­лото, серебро, платина и платиноиды; тугоплавкие: воль­фрам, молибден, ниобий, тантал, рений, ванадий, хром, цирконий, гафний; рассеянные: галлий, индий, таллий; редкозе­мельные: скандий, иттрий, лантан и все лантаноиды; радио­активные: технеций, франций, радий, полоний, актиний, о­рий, уран и все трансурановые элементы.

Медь обладает высокой электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью и т.д. Все примеси ухудшают тепло- и электропроводность меди и дифференцированно влияют на другие свойства. Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается. Алюминиевые сплавы обладают высокой способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам. Сплавы магния хорошо обрабатываются резанием, свариваются, обладают удовлетворительной удельной прочностью.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”. - Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 7. Применение пластмасс при конструировании оборудования.

Содержание лекционного занятия:

1) Применение пластмасс в продовольственном машиностроении.

2) Армированные пластмассы. Покрытия

1) В продовольственном машиностроении широ­ко применяют пластмассы для изготовления деталей машин, ап­паратов, трубопроводов.

Рис. 7.1. Резьбы в пластмассовых деталях, полученных прес­сованием.

Во многих случаях пластмассы успешно заменяют металлы. При использовании пластмасс не только снижается масса кон­струкций, но и улучшаются эксплуатационные качества машин и аппаратов. Применение пластмасс более экономично, чем ис­пользование металлов, благодаря более простой технологии об­работки пластмасс, менее сложному и сравнительно недорогому оборудованию, меньшей трудоемкости.

Наиболее распространенные способы образования резьб в пластмассах -прессование и литье под давлением. Этими мето­дами получают резьбы любого профиля с шагом не менее 0,7 мм.

На рисунке 7.2 показаны резьбы, получаемые методом прессова­ния. В связи с тем, что не все пластмассы пригодны для получения прочных малогабаритных резьбовых соединений, прибе­гают к комбинированным конструктивным решениям.

Так, на концы полиэтиленовых труб напрессовывают фитинги из поли­амидной смолы АГ-4 или капрона (рисунок 25); на трубы из слоистых пластмасс (гетинакса, текстолита, стеклотекстолита) на­прессовывают обычно фитинги из полиамидной смолы АГ-4 как наиболее прочные.

Соединения пластмассовых труб и оболочек с металлически­ми фитингами характеризуются различием упругих свойств сое­диняемых деталей. Модуль упругости пластмасс на один-два порядка меньше модуля упругости стали.

В связи с этим пласт­массовые трубы и оболочки, нагруженные внутренним давлением р, снабжают наружными фитингами (рисунок 26, а) для предотвра­щения расслоения (обрыва соединения). Для устранения отри­цательного воздействия температурных колебаний, ведущих к от­слоению трубы, соединение должно быть выполнено на клею. Аппараты и трубы, работающие при воздействии внешнего дав­ления, снабжают внутренними стальными фитингами (рисунок 26, б) для предотвра­щения расслоения (обрыва соединения). Для устранения отри­цательного воздействия температурных колебаний, ведущих к от­слоению трубы, соединение должно быть выполнено на клею. Аппараты и трубы, работающие при воздействии внешнего дав­ления, снабжают внутренними стальными фитингами (рисунок 26, б).

Для соединения пластмассовых труб и оболочек применяют распространенный простой метод соединения пропитанной клеем стеклопластиковой лентой (рисунок 27), при этом не требуется уста­новки переходников, соединительных муфт и т. д. Между двумя соединяемыми трубами вводят упругое кольцо из полиэтилена или резины, после чего соединение обматывают несколькими слоями стеклоленты, пропитанной клеем холодного или горячего отверждения.

При проектировании деталей из пластмасс нужно учитывать их низкую контактную прочность, очень малое сопротивление сдвигу, 'склонность к ползучести при длительном нагружении, потерю прочности при повышенных температурах и т. д. В связи с этим при необходимости применения пластмасс с определен­ными эксплуатационными свойствами пластмассовую деталь следует армировать, например, металлическими вставками. Ме­таллическая арматура не должна иметь острых кромок, заусен­цев, являющихся концентраторами напряжений в пластмассе при ее усадке.

Крупногабаритные шкивы и зубчатые колеса изготовляют сборными, что позволяет наиболее рационально использовать физико-механические свойства различных пластмасс.

На рисунке 28 показаны типовые конструкции сборных пластмас­совых шкивов.

На рисунке 30 приведена опытная конструкция насоса из вини­пласта. Колесо 2 насоса, корпус 1 и детали 3, 4, 5 выполнены из листового винипласта толщиной 20 мм. В качестве конструк­тивного материала винипласт применяют для изготовления ем­костной аппаратуры, центробежных насосов, компенсаторов

и т. д.

Аппараты из винипласта в несколько раз легче, чем аппараты из стали. При армировании металлическими бандажами аппа­раты из винипласта могут работать при давлении около 0,5 Мн/м².

2) Особое внимание конструкторы и технологи должны уделять вопро­сам рационального применения пластмасс.

Сочетание высокой удельной прочности пластмасс и уменьшения массы машин позволяют значительно повысить рабочие скорости, резко увеличить производительность и во многих случаях технологическую эффективность различных машин пищевых производств (центрифуги, насосы и т. д.).

Пластмассы следует применять, когда необходимо повысить надеж­ность и долговечность работы пищевых машин. Так, центробежный насос из чугуна работает около 360 ч, насос из пластмассы в тех же условиях работает свыше 3000 ч. Применение фторопласта в насосах позволило увеличить срок их службы с 500 до 3000 ч, сократить простои на ремонт с 120 до 4 дней, повысить использование оборудования на 40%. Осо­бенно эффективно применение пластмасс в машинах и аппаратах, ра­ботающих с химически агрессивными средами. Если некоторые металлы разрушаются в соляной, серной и других кислотах, то большинство пластмасс стойки в них. Высокая химическая стойкость пластмасс обес­печивает надежность и долговечность работы технологического обору­дования. Повышенная по сравнению с металлами износостойкость по­лиамидов приводит к тому, что срок службы подшипников из этого ма­териала увеличивается в 5—10 раз.

Пластмассами следует заменять металлы и сплавы ограниченного применения. Некоторые виды пластмасс обладают более высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, чем бронза, баббит и др.

Пластмассы являются ценным материалом и в тех случаях, когда необходимо организовать выпуск новой машины, узла или детали в кратчайшие сроки, так как применение пластмасс позволяет резко со­кратить трудоемкость и длительность производственного цикла.

Проектирование деталей из пластмасс рекомендуется вести в такой последовательности.

а) Изучение назначения деталей — является ли деталь конструктивной, нагруженной или вспомогательной, декоративной.

б) Определение условий эксплуатации детали.

Выявляются и учитываются все внешние факторы, влияющие на работу детали, которые могут играть существенную роль именно для детали из пластмассы. К числу таких факторов относятся: температура окружаю­щей среды и максимальная температура непосредственно в рабочей зоне, влажность; учитывается влияние этих факторов во времени, а так­же наличие специфических условий работы (пищевые или агрессивные среды, абразивное изнашивание и т. п.).

На этом этапе очень важно оценить комплекс конструктивно-техно­логических и эксплуатационных факторов, иначе говоря, все условия работы детали. Изучаются величины, вид и характер нагрузок, времен­ной и температурные режимы их воздействия, специальные требования к механическим свойствам детали — жесткость, вибростойкость, изно­состойкость, фрикционность или антифрикционность, теплостойкость, теплопроводность, оптические свойства и т.д. Особое внимание уделяет­ся точности размеров.

в) Выбор марки пластмассы. Изучив номенклатуру, фи­зико-механические свойства и особенности пластмасс, конструктор выбирает необходимую марку пластмассы. На этом этапе целесообраз­но провести предварительные технико-экономические расчеты.

г) Выбор технологического метода изготовления дета­лей из пластмасс, обеспечивающего минимальную трудоемкость, эконо­мию материалов и средств.

д) Разработка конструкции пластмассовой детали.

Существует общеизвестное правило: материал детали определяет ее конструкцию. Его нужно соблюдать не только проектируя новые де­тали, но и при замене металлических деталей пластмассовыми. В по­следнем случае надо снова предостеречь от слепого копирования кон­структивных форм металлической детали. Физико-механические свой­ства пластмасс обладают особенностями (высокий коэффициент линейного расширения, малая теплопроводность, ползучесть, релакса­ция и др.), которые обязательно надо учитывать при проектировании детали, назначении допусков и посадок, выборе конструктивных форм, метода изготовления и т. д.

е) Прочностные, конструктивные и технологиче­ские расчеты деталей. Эти расчеты целесообразно вести совме­стно, так как при этом легче учесть разнообразные требования.

ж) Окончательная конструктивно-технологиче­ская разработка детали.

з) Технико-экономические расчеты эффективно­сти применения пластмасс в машинах и автоматах пищевых произ­водств.

Чрезвычайно важно всегда иметь в виду, что в тех случаях, когда детали машин непосредственно контактируют с пищевыми средами, при­меняемые для изготовления этих деталей пластмассы должны удовлет­ворять узаконенным санитарно-гигиеническим требованиям: они не должны содержать вредных для здоровья примесей, изменяющих запах или вкус пищевых продуктов, не должны растворяться в продуктах и вступать с ними в реакцию.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”. - Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 8. Износ и надежность работы оборудования.

Содержание лекционного занятия:

1) Износ оборудования.

2) Надежность работы оборудования.

1) Работа многих узлов машины связана с относительным пере­мещением сопряженных поверхностей деталей и их трением, вследствие чего возникает износ.

Износом называют процесс постепенного изменения раз­меров детали при трении, проявляющегося в отделении с по­верхности трения материала и (или) в его остаточной дефор­мации.

Явление сопротивления относительному перемещению, воз­никающему между двумя телами в зонах соприкосновения по­верхностей по касательным к ним, называют внешним трением. Различают три вида внешнего трения: сколь­жение, качение и качение с проскальзыванием. Сопряжения машин в зави­симости от условии смазки ра­ботают при различных видах трения — без смазки (сухое), граничном, жидкостном, смешанном.

Сухое трение происхо­дит при движении двух сопри­касающихся тел и отсутствии на поверхности трения введен­ного смазочного материала всех видов.

Граничное трение — это трение двух твердых тел при наличии на поверхности трения слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающимися от объемных.

Жидкостное трение — это сопротивление относитель­ному перемещению, возникающему между двумя телами, раз­деленными слоем жидкости, в которой проявляются ее объем­ные свойства.

Величина износа является результатом комплексного воздействия на поверхность сопряженных деталей и зависит от целого ряда факторов: вида трения (без смазки, граничного, жидкостного), рода трения (скольжения, качения, качения с проскальзыванием), среды, в которой работает сопряжение, вида и величины нагрузки (постоянной, знакопеременной и др.), контакта трущихся поверхностей (линия, точка, сфера и др.), вида движения (вращательного, возвратно-поступатель­ного), скорости перемещения трущихся поверхностей, темпе­ратуры, при которой работает сопряжение, вида материала (сталь, чугун, полимер и др.).

Износ деталей машин бывает механическим, молекулярно-механическим и коррозийно-механическим. Механический износ получается в результате механических воздействий сопряжен­ных поверхностей деталей (внедрение частиц, пластическая де­формация и др.), молекулярно-механический — в результате одновременного механического воздействия и воздействия моле­кулярных сил, коррозийно-механический — при трении мате­риала, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

На предприятиях мясной промышленности остро стоит вопрос об эффективной защите оборудования и металлоконст­рукций от коррозийного износа. Высокая влажность и темпера­тура, использование в технологических процессах химически ак­тивных сред (водные растворы солей, кислот и щелочей), по­верхностно-активные вещества, содержащиеся в самих пищевых продуктах, микроорганизмы и бактерии способствуют интен­сивному развитию химической, электрохимической и микробио­логической коррозии.

Химическая коррозия возникает под действием на металл га­зов или паров при высоких температурах или жидких неэлек­тролитов (спирт, керосин и др.). Такому виду коррозии под­вержены экстракционное оборудование, экономайзеры, дымогенераторы для копчения колбасных изделий, пароварочные камеры, детали топок паровых котлов и др.

Ответственные детали, подверженные химической коррозии в результате воздействия газов при высоких температурах, из­готовляют из жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Электрохимическая (контактная) коррозия возникает под действием на металл жидких электролитов, например дезинфи­цирующих и моющих растворов, солевых растворов для посола и т. п.; при сочетании в конструкции разнородных материалов — отдельные участки поверхности обладают различными значе­ниями электрического потенциала.

Микробиологическая коррозия возникает под действием на металл микроорганизмов, сопутствующих переработке сырья и продуктов животного происхождения. Она разрушает полимер­ные покрытия аппаратов, прокладочную резину, металл, бетон, древесину. В мясной промышленности применяют следующие методы защиты от коррозии: ингибирование агрессивной среды, применение защитных покрытий и коррозиестойких материалов,

2) Условия, в которых работает оборудование на предприятиях мясной промышленности, отличаются повышенной влажностью, действием агрессивных сред и высоких температур, наличием ударных нагрузок и др. Изучение причин, вызывающих износ и поломку деталей, невозможно без решения сложных проблем надежности. Развитие теории надежности потребовало созда­ния новой терминологии.

Надежность — это свойство машины выполнять задан­ные функции, сохраняя во времени значения установленных экс­плуатационных показателей в заданных пределах, соответст­вующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки. Надежность обусловливается безотказностью, ремонтопригод­ностью, долговечностью, сохранностью. Эти свойства взаимосвязаны друг с другом и определяются в зависимости от назна­чения машины и условий ее эксплуатации.

Безотказность — это свойство машины или механизма непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Ремонтопригодность — свойство машины, заключаю­щееся в предупреждении причин возникновения ее отказов, по­вреждений и устранению их последствий путем проведения ре­монтов и технического обслуживания.

Долговечность — свойство машины сохранять работо­способность до наступления предельного состояния при уста­новленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — свойство машины непрерывно сохра­нять исправное работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортировки.

Исправное состояние — это состояние машины, при котором она соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Неисправность — состояние машины, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований, установ­ленных нормативно-технической документацией.

Отказ — это нарушение работоспособности машины.

Предельное состояние — это состояние машины, при котором ее дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, вы­хода заданных параметров за установленные пределы, сниже­ния эффективности эксплуатации ниже допустимого или необ­ходимого проведения капитального ремонта.

Работоспособность — это состояние машины, при ко­тором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных нор­мативно-технической документацией.

Наработка — это продолжительность или объем работы машины (измеряемая в часах, циклах, тоннах и других едини­цах).

Ресурс — это наработка машины от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступ­ления предельного состояния.

Срок службы — это календарная продолжительность экс­плуатации машины от ее начала или возобновления после капи­тального ремонта до наступления предельного состояния.

При определении годности или выбраковки деталей разли­чают следующие разновидности размеров: нормальные, допус­тимые, предельные.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”. - Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 9. Элементы теории надежности.

Содержание лекционного занятия:

1) Основные понятия и показатели надежности.

2) Проблема надежности и инженерные задачи, решаемые с помощью теории надежности.

1) Гарантией производительности технологической машины при определённых условиях и продолжительности эксплуатации является её надёжность. Современное машиностроение характеризуется тенденцией к созданию всё более производительных автоматизированных машин. Это достигается увеличением скоростей, нагрузок, встраиванием средств автоматического регулирования и неминуемо приводит к усложнению конструкций. Но чем сложнее и нагруженнее машина, тем больше вероятность различного рода неполадок при её эксплуатации, а значит, тем больше потери эффективного машинного времени и меньше её техническая, действительная производительность. Таким образом, реально существует диалектическое противоречие между производительностью и надежностью. Практически оно решается в ходе дальнейшего технического прогресса, дающего новые возможности повышения надёжности машин на более высоком уровне их производительности. Приходится либо изыскивать принципиально новые конструкции, либо оснащать машины специальными блокирующими и саморегулирующими механизмами, либо создавать особо благоприятные условия их эксплуатации. Всё это не дается даром: увеличиваются либо капитальные, либо эксплуатационные затраты. Конструктор должен находить такие решения, обеспечить такой уровень надёжности создаваемой машины, чтобы совокупные затраты на создание и эксплуатацию её оказались минимальными.

Технологические машины, аппараты и их составляющие элементы являются с точки зрения теории надёжности рассматриваемыми объектами (ГОСТ 27.002-83). Будем называть их просто изделиями.

Под работоспособным состоянием изделия понимается такое состояние, при котором значения всех его параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической (конструкторской) документации на него.

Если какой-либо параметр, характеризующий способность изделия выполнять заданные функции, перестал соответствовать установленным требованиям, то говорят, что изделие «вышло из строя», а сам факт, событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния, называется отказом.

Под неисправным состоянием изделия понимают такое, при котором изделие не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией, даже если оно не связано с потерей работоспособности.

Безотказностью называется свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Под наработкой понимается объем работы изделия в натуральных единицах или соответствующая ему продолжительность эффективной работы. Объём работы технологических машин выражается в количестве переработанной продукции.

Различают изделия восстанавливаемые и невосстанавливаемые, а также ремонтируемые и неремонтируемые. К восстанавливаемым относятся изделия, работоспособное состояние которых в случае отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. В противном случае изделие считают невосстанавливаемым.

Изделие, для которого в нормативно-технической документации предусмотрено проведение ремонтов, называется ремонтируемым, а в противном случае – неремонтируемым: ремонтировать его нецелесообразно или невозможно.

Предельным состоянием изделия называют такое, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо (например, из-за неустранимого нарушения требований безопасности), а восстановление исправности или работоспособности невозможно или нецелесообразно. Для своевременного предупреждения наступления предельных состояний и связанной с ними возможностью неожиданных аварий на предприятиях, эксплуатирующих технологическое оборудование, устанавливается система планово-предупредительных ремонтов (текущих, средних и капитальных).

Долговечностью называется свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Мерой долговечности является технический ресурс или срок службы.

Технический ресурс – это наработка изделия до наступления предельного состояния. Срок службы – это соответствующая ресурсу календарная продолжительность эксплуатации изделия. В полный срок службы входят продолжительности всех видов ремонта. Назначенный ресурс представляет собой суммарную наработку, при которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от состояния изделия.

Ремонтопригодностью называется свойство изделия, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению и восстановлению его работоспособности путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – это свойство изделия сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после его хранения и транспортирования.

Надежность в целом – это сложное (комплексное) свойство изделия, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости и выражающееся в том, что изделие сохраняет во времени в установленных пределах значения всех своих параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В зависимости от назначения и условий применения изделия частные его свойства могут находиться друг с другом в разных сочетаниях и иметь разную значимость. Так, для некоторых неремонтируемых изделий надёжность сводится к безотказности, так как первый же их отказ является и концом существования, т.е. определяет их долговечность. Для технологического оборудования предприятий пищевой промышленности, наряду с безотказностью, большое значение имеют ремонтопригодность и долговечность его элементов. Сохраняемость же его определяется в основном не столько конструкцией, сколько условиями транспортирования и хранения, т.е. условиями, не зависящими от конструктора.

2) К показателям безотказности относятся вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка до отказа и параметр потока отказов. Вероятность безотказной работы P(t) – статистически определяется отношением числа объектов, безотказно проработавших к моменту времени t к числу объектов, работоспособных в начальный момент времени t=0. Интенсивность отказов λ(t) — вероятность отказа невосстанавливаемого изделия за единицу времени (если отказ до этого не наступил). Средняя наработка до отказа и наработка на отказ - средние значения наработки перемонтируемых изделий и наработки ремонтируемых изделий между отказами. Параметр потока отказа ω(t) - плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени.

К основным показателям долговечности деталей, узлов и агрегатов в относят средний ресурс, гамма-процентный ресурс, срок службы. Средний ресурс - средняя наработка до предельного состояния. Гамма-процентный ресурс Т_γ - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов. Срок службы — календарная длительность эксплуатации изделия предельного состояния или списания.

Основным комплексным показателем надежности сложных систем является коэффициент технического использования, который представляет собой отношение продолжительности наработки изделия к сумме продолжительностей наработки и простоев для ремонта и обслуживания. Надежность должна рассматриваться в вероятностном аспекте, как внезапные отказы при эксплуатации оборудования обуслов­ил комбинацией случайных факторов.

В целях сокращения объема исследований, связанных с поиском оптимальных решений и прогнозов развития явлений во времени, используют математические модели либо детерминированные, либо стохастические. В первом случае каждому значению аргумента соответствует вполне определенное значение функции; во втором - каждому возможному значению аргумента отвечает ряд заранее неизвестных, но определенных значений зависимой переменной. Это обстоятельство обу­словлено колебаниями и изменениями в производстве в определенных пределах физико-химических и структурно-механических свойств применяемых при производстве оборудования материалов, технологии изготовления, ремонта и обслуживания, свойств обрабатываемых продуктов и др. Поэтому естественно значительное рассеивание значений единичных и комплексных показателей надежности, что обусловливает целесообразность использования при рассмотрении проблем надежности оборудования теории вероятностей.

Приведем некоторые понятия теории вероятностей, используемые при оценке надежности оборудования. В качестве параметров распределения или характеристических величин большое значение имеют математическое ожидание μ и дисперсия Dξ, характеризующая разброс возможных значений случайной величины ξ относительно ее среднего значения. В качестве меры рассеяния используют также среднеквадратичное отклонение, обозначаемое σ, равное .

Широко используется отношение среднеквадратичного отклонения случайной величины к математическому ожиданию, называемое коэффициентом вариации данной случайной величины, т.е.

.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств”. - Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 10. Физика отказов.

Содержание лекционного занятия:

1. Понятие об отказах. Внезапные и износовые отказы.

2. Причины возникновения отказов.

3. Функции распределения вероятностей отказа.

1. Отказы технологического оборудования можно классифицировать по характеру их, причине и следствиям.

По характеру отказы этих изделий можно разделить на функциональные и параметрические, а также на внезапные т постепенные.

Функциональный отказ заключается в том, что изделие перестало выполнять свою функцию.

Параметрический отказ заключается в том, что изделие, хотя и продолжает выполнять свою основную функцию, но делает это хуже, чем предусмотрено, перестало удовлетворять требованиям, установленным в отношении его эксплуатационных параметров. Признаки параметрических отказов устанавливаются нормативно-технической документацией.

Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров и приводят к потере работоспособности, т.е. являются функциональными. Это – различные поломки, заедания, перегорания и т.п., вызванные непредсказуемыми случайными причинами, в частности, неожиданными перегрузками. Понятие внезапного отказа относительно процессов, связанных с возникновением отказа, может появиться возможность обнаружения таких постепенных изменений в изделии, которые закономерно предшествуют возникновению данного отказа, раннее относившегося к постепенным.

Постепенные отказы характеризуются явно постепенным, с течением времени одного или нескольких заданных параметров. Происходит изнашивание движущихся частей машины, нарастают внутренние усталостные структурные изменения конструкционных материалов, они подвергаются действию коррозии и т.п. Появляются зазоры в сопряжениях, стуки, шумы, нагревания подшипников, уменьшается КПД, в целом ухудшается работоспособность машины. Сначала изменения параметров машины не превосходят предельно допустимых значений, но уже не могут быть выявлены средствами технической диагностики. Такие изменения называют «потенциальными отказами». Далее эти потенциальные отказы перерастают в параметрические, признаки которых оговорены в нормативно-технической документации. И, наконец, если машину все же не остановят на ремонт, эти параметрические отказы могут перерасти в функциональные, вызвать аварийную остановку машины.

Рассматривая отказы, особенно параметрические, следует различать отказа элементов изделия и отказы изделия в целом. Возможны случаи, при которых отказ элемента означает и отказ самого изделия.

2) По причине возникновения отказы могут быть: 1) конструкционными, вызванными дефектами конструкции; 2) производственными, вызванными дефектами изготовления, сборки, монтажа или ремонта, выполнявшегося на ремонтных предприятиях; 3) эксплуатационными, вызванными нарушениями установленных правил технического обслуживания и условий эксплуатации; 4) естественными износными; 5) зависимыми, т.е. обусловленными повреждениями других элементов; 6) комбинированными.

По последствиям (по объему восстановительного ремонта) отказы технологического оборудования можно разделить на следующие:

- перемежающиеся сбои, т.е. случайно возникающие и самоустраняющиеся отказы одного и того же характера, приводящие лишь к разовым нарушениям работоспособности;

- мелкие, быстро устраняемые самим оператором или наладчиком, без ремонта деталей;

- мелкие, устраняемые ремонтником путем замены или несложного ремонта отказавших элементов на месте;

- ремонтные, после которых эксплуатация машины прекращается на сравнительно длительное время и машина разбирается для ремонта;

- окончательные, неустраняемые, являющиеся признаком предельного состояния: восстановление и дальнейшее использование машины по прямому назначению невозможно или нецелесообразно.

3) Все единичные отказы изделий, как внезапные, так и постепен­ные, - события случайные. Из математической статистики, однако, известно, что наступление однородных массовых случайных событий подчиняется некоторым закономерностям, которые могут быть выражены той или иной функцией (законом) распределения вероят­ностей наступления этих событий. Вид и численные значения пара­метров этих функций зависят от существа событий, в данном слу­чае от причины и характера отказов данного вида изделий.

Теоретико-вероятностные функции распределений, равно как и другие показатели надежности, являются действительными харак­теристиками надежности «генеральных совокупностей» изделий опре­деленной марки, изготовленных и эксплуатируемых в данных усло­виях. Определение этих показателей практически возможно лишь на основе данных о поведении не всей генеральной совокупности, а только ее части или, как говорят, «выборки». По результатам выборочных испытаний определяют численные значения параметров функций распределения, судят о показателях надежности всей партии.

Объем выборки испытуемых (поставленных под наблюдение) изделий определяет доверительную вероятность Соответствия ре­зультатов выборочных испытаний действительным значениям вероят­ностных показателей надежности изделий данной партии. Есте­ственно, что чем больше объем выборки, тем это соответствие больше. Но чрезмерное увеличение объема выборки экономически не оправды­вает себя. Методы математической статистики позволяют установить необходимое и достаточное число испытаний, по которым можно судить с желаемой доверительной вероятностью о действительных теоретико-вероятностных показателях.

Численные значения параметров функции распределения и показателей надежности, установленные по выборочным испытаниям, называются эмпирическими или статистическими оценками этих показателей. Единичные («точечные») оценки принимают за прибли­женные значения неизвестных действительных показателей и обо­значают значком , а сами эмпирические функции - индексом *. При незначительных объемах выборки действительные показатели предпочтительнее оценивать с помощью доверительных интерва­лов.

Теоретико-вероятностной функцией распределения отказов изде­лий F (t) является вероятность того, что в заданном интервале времени (в пределах заданной наработки) произойдет отказ

,

где t - случайная величина времени (наработки) до отказа;

t_{зад -} заданное время (наработка).

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пишевых производств.-М. : Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование мащин и аппаратов пишевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 11. Требования к конструкции машин и аппаратов пищевых производств.

Содержание лекционного занятия:

1. Основные технические требования к конструкции машин и аппаратов пищевых производств.

2. Уравновешенность машин.

3. Увеличение жесткости.

1. Конструкцию аппарата следует разрабатывать исходя из основных технических требований, предъявляемых к аппарату, и условий, при которых аппарата будет эксплуатироваться. К числу основных требований относятся: назначение и среда, техническая характеристика (производительность, емкость, поверхность теплообмена и т.п.), а также надежность и безопасность.

За номинальную вместимость аппарата принимается его внутренний объем без учета объемов открываемых крышек, штуцеров, люков и др. При вычислении внутреннего объема аппарата наличие защитной футеровки, покрытий и внутренних устройств не учитывается.

Трубопроводы, трубопроводная арматура, соединительные части для них характеризуются материалом, из которого они изготовлены, условным, пробным и рабочим давлениями, а также условным проходом (диаметром), которые регламентируются ГОСТ 356-80.

Под условным давлением понимается наибольшее избыточное рабочее давление при температуре среды 20 С, при котором обеспечивается длительная работа трубопроводной арматуры, имеющей определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности их при температуре 20С. Под пробным давлением понимается избыточное давление, при котором трубопроводная арматура, соединительные части и трубопроводы подвергаются гидравлическому испытанию водой на прочность и плотность при температуре не выше 100С. Пробные давления при гидравлических испытаниях аппаратов должны устанавливаться в соответствии с требованиями стандартов и правил Госгортехнадзора. Под рабочим давлением понимается наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа трубопроводной арматуры и соединительных частей при рабочей температуре проводимой среды. Применительно к сосуду или аппарату рабочим давлением считается максимальное избыточное внутреннее или наружное давление в условиях нормального протекания рабочего процесса без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана и других предохранительных устройств.

Под расчетным в рабочих условиях аппаратов понимается то давление, на которое производится их расчет на прочность. Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с рубашками), за расчетное давление следует принимать давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается производить расчет на разность давлений. Если на элемент аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше от рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на эту же величину.

При конструировании емкостных и теплообменных аппаратов необходимо обеспечить не только функционирование аппарата, но и выбор оптимальных параметров его, обеспечить надежность, прочность и жесткость конструкции, ее устойчивость, экономичность и т. д. Наиболее просты конструктивно емкостные аппараты, предназначенные для хранения пищевых жидкостей (например, резервуары для хранения и транспортировки молока, пива, вина, соков).

2) Во время работы машины в кинематических парах ее механизмов и на станине обычно возникают давления, зависящие от движения звеньев и называемые динамическими. Эти давления зависят от массы и ее распределения в каждом звене, т. е. от геометрии масс каж­дого звена и машины в целом.

Динамические давления могут нарушить заданные движения звень­ев, т.е. привести к значительному ухудшению работы машины: появ­ляются дополнительные напряжения; увеличиваются трение и износ; уменьшается к.п.д. машины, создастся шум, возникает вибрация ста­нины и фундамента, поглощающая часть энергии, что нередко приводит к разрушению зданий.

При конструировании нужно стремиться не допустить или, по край­ней мере, насколько можно, уменьшить динамические давления в созда­ваемой машине. Задача эта — одна из важнейших задач динамики ма­шин, называемая уравновешиванием машины, решается при ее кон­струировании методами общей механики.

В теории уравновешивания машин обычно принято рассматривать раздельно уравновешивание звеньев машин и уравновешивание машины на фундаменте. Однако причины, порождающие неуравновешенность машины, не отличаются принципиально от причин неуравновешенности отдельного звена, и методы устранения этих причин также не имеют принципиального различия между собой. Отдельное звено и машина в целом состоят из материальных частиц, представляют собой механиче­ские системы и их движение подчиняется одним и тем же общим зако­нам механики. Отдельные жесткие звенья можно считать абсолютно твердыми телами или неизменяемыми механическими системами. Отдельные механизмы и машина в целом являются сочлененны­ми системами.

Силы, действующие на частицы механической системы, называются внешними силами, если они обусловлены наличием других материаль­ных тел, не входящих в данную систему. В частности, если механиче­ская система является несвободной, т. е. если ее движение как-либо ограничено и стеснено другими материальными телами, то силы, с ко­торыми эти тела действуют на данную систему, называются реакция­ми связи. Так, например, давление фундамента (тела, осуществляю­щего связь) на стоящую на фундаменте машину — реакция связи. Аналогично этому давление направляющей на ползун кривошипно-ползунного механизма также реакция связи, наложенной на этот ползун.

В случае равновесия неизменяемой системы (например, отдельного звена машины) должны выполняться шесть условий равновесия стати­ки, согласно которым:

- суммы проекций всех внешних сил системы (включая и реакции связей) на оси координат равны нулю;

- суммы моментов всех внешних сил (включая и реакции связей) относительно осей координат равны нулю.

При равновесии всей машины такие же условия должны удовлет­воряться и для всех действующих на нее внешних сил.

Так, например, если машина находится в покое, т.е. в данное мгно­вение она не работает и все ее механизмы неподвижны, то давление машины на фундамент и равная ему по величине реакция фундамента на машину, являются статическими.

Когда машина работает, звенья ее движутся и давление на фунда­мент (как и реакция фундамента) становится иным. Даже при холо­стом ходе машины давления на фундамент обычно отличаются от ста­тических давлений. Только в случае полностью уравновешенной машины давление ее на фундамент остается статическим и во время работы.

Рассмотрим сначала условия уравновешенности несвободной меха­нической системы (машины, механизма или звена) при холостом ходе. Будем считать машину, механизм или отдельное звено уравновешенны­ми, если давления, оказываемые ими на их связи, во время движения равны статическим давлениям.

Отсюда вытекает следующее общее определение: несвободная ме­ханическая система уравновешена, если давления, оказываемые ею на связи, не зависят от скоростей ее точек и остаются такими же, как и в состоянии покоя.

Таким образом, задача уравновешивания машин и их звеньев, при­званная обеспечить независимость давлений от движения, не может быть отнесена к динамике, поскольку динамика изучает силы (в частно­сти, давления) в зависимости от движения. Задача эта всецело относит­ся к геометрии масс, хотя для решения ее приходится пользоваться уравнениями динамики.

3) Жесткость — это способность системы со­противляться образованию деформаций. Основными способами увели­чения жесткости деталей и узлов являются: возможное исключение изгиба с заменой его сжатием или растяжением, введение связей между участками наибольших деформаций для деталей, работающих на из­гиб, целесообразная расстановка опор, увеличение сечений и усиление участков перехода от одного сечения к другому, применение кониче­ских и сводчатых форм.

На рис. 2, а показана схема деформации стенок цилиндрического аппарата, нагруженного внутренним давлением. Участки наибольшей деформации следует укреплять элементами, работающими на растя­жение: обечайку — кольцом 1, днище - анкерным болтом 2. Повыше­нию жесткости способствует рациональная расстановка опор, например, возможно большее сближение их. Для увеличения жесткости широко применяют ребра жесткости.

Рис. 1. Цилиндрический аппарат:

а - нагруженный внутренним давлением; б - усиленный элементами жесткости

Применение самоустанавливающихся узлов. В подвижных соеди­нениях, когда возможны перекосы и смещения деталей, необходимо обеспечить относительную свободу для самоустанавливаемости деталей и узлов.

Равномерное нагружение опор. Равномерное нагружение опор непосредственно влияет на надежность узлов оборудования. Например, в зубчатой передаче (D₂/D₁4) нагрузка Р₁ на малое колесо больше нагрузки Р₂ на большое колесо. Поэтому левый подшипник нагружен в 2,5 раза больше, чем правый. Одинаковая долговечность обеспечивается, если в правой опоре подшипник меньшего диаметра.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования.-М.: Машиностоение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств”. - Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 12. Шарнирно-стержневые механизмы.

Содержание лекционного занятия:

1) Область применения шарнирно-стержневых механизмов.

2) Основные схемы кривошипно-ползунных механизмов.

1) Шарнирно-стержневые механизмы широко используются в технологическом оборудовании предприятий пищевой промышленности для преобразования вращательного движения ведущего вала в периодическое качательное или возвратно-поступательное движение ведомого звена и соответствующего ему рабочего органа машины.

К основным базовым шарнирно-стержневым механизмам относятся кривошипно-ползунные, кривошипно-коромысловые и кривошипно-кулисные механизмы с низшими кинематическими парами и жесткими звеньями. Они характеризуются как абсолютными, так и относительными параметрами, среди которых размеры звеньев, интервалы рабочих и холостых ходов ведущих и ведомых звеньев в характерных положениях механизма, связанных с выполнением технологических операций.

Расчет и конструирование этих механизмов включает определение их геометрических, кинематических, кинетостатических, динамических характеристик по заданному циклу работы, например, по коэффициенту интервалов, по времени кинематического цикла и по какому-либо геометрическому параметру, например по базовому размеру (расстоянию между осями вращения и поворота ведущего и ведомого звеньев в кривошипно-кулисном механизме), и разработку чертежей как на механизм в целом, так и на его элементы.

2) Кривошипно-ползунные механизмы применяются для преобразования вращательного движения кривошипа (обычно с постоянной угловой скоростью) в возвратно-поступательное движение шатуна. Они делятся на центральные и внецентренные.

В центральных механизмах ось вращения кривошипа лежит на продолжении траектории движения центра шарнира ползуна, поэтому , а коэффициент К=1. Кроме того, полное перемещение ползуна равно двум длинам кривошипа, т.е. .

Отношение длины кривошипа к длине шатуна носит название безразмерного геометрического параметра механизма и обозначается через

. (5)

Текущие значения углов и поворота кривошипа и давления между шатуном и ползуном отсчитываются от линии, совмещенной с траекторией движения ползуна. Между собой эти углы связаны зависимостью

. (6)

Для исключения заклинивания ползуна угол давления рекомендуется принимать меньше 30, а безразмерный параметр .

Рисунок 1. Кинематическая схема центрального

кривошипно-ползунного механизма

Рисунок 2. Кинематическая схема внецентренного кривошипно-ползунного механизма.

Механизм характеризуется размерами кривошипа и шатуна , геометрическим параметром , эксцентриситетом , геометрическим параметром , конструктивными размерами и , полным перемещением ползуна , углами и рабочего и холостого поворотов кривошипа, углами давления и в начальном и конечном положении механизма (ползуна), максимальными углами давления и при рабочем и холостом ходах ползуна, угловой скоростью кривошипа, линейными скоростью v и ускорением а ползуна, технологической нагрузкой Р на ведомом звене (ползуна), движущим моментом М₁ на валу кривошипа, а также другими параметрами.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования. - М.: Машиностроение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 13. Расчет шарнирно-стержневых механизмов.

Содержание лекционного занятия:

) Расчет кривошипно-ползунных механизмов.

2) Расчет кривошипно-коромысловых механизмов.

3) Расчет кривошипно-кулисных механизмов.

1) Полное перемещение ползуна в зависимости от того, какие параметры заданы, можно определить по одному из следующих трех выражений:

;

;

Размер кривошипа можно определить по одной из следующих формул:

;

;

;

.

Конструктивные размеры можно определить из выражений:

;

.

Перемещение, скорость и ускорение ползуна при любом угле поворота кривошипа (при постоянной угловой скорости кривошипа) можно определить по уравнениям:

;

,

где - суммарный угол поворота кривошипа.

Подставляя в эти уравнения углы поворота кривошипа, определяющие характерные состояния механизма, получим соответствующие значения перемещений, скоростей и ускорений ползуна.

2) Кривошипно-коромысловые механизмы применяются в том случае, когда нужно преобразовать вращательное движение кривошипа в качательное движение коромысла (ведомого звена).

На рисунке представлена кинематическая схема кривошипно-коромыслового механизма, состоящего из кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3 и стойки 4. Начальное положение механизма характеризуется контуром . Эти положения определяются значениями углов , , и , отсчитанных от прямой, совмещенной с межосевой линией . Эти углы и размеры звеньев механизма связаны следующими зависимостями:

; ;

; ,

где - база механизма;

- длина шатуна;

- длина кривошипа;

- длина коромысла.

Углы рабочего и холостого поворотов кривошипа определяются по зависимостям:

; .

Следовательно, и .

Максимальный угол размаха коромысла

.

Зависимость угла поворота коромысла от угла поворота кривошипа находится проектированием контура механизма на ось и ось, к ней перпендикулярную и проходящую через точку , в результате чего:

;

,

где , и - текущие значения углов, характеризующих положения звеньев механизма.

Исключая угол , после некоторых преобразований будем иметь

где - вспомогательная величина.

Переходя к относительным параметрам и обозначая ; ; ; , получим

Угловые скорость и ускорение коромысла будут представляться следующими зависимостями:

;

,

где ; .

3) Кривошипно-кулисные механизмы применяются для преобразования вращательного движения кривошипа в качательное движение кулисы.

На рисунке представлена кинематическая схема кривошипно-кулисного механизма, состоящего из кривошипа, ползуна, кулисы и стойки.

Геометрический параметр механизма

.

Углы поворота кривошипа при рабочем и холостом ходах кулисы можно определить по формулам:

; ; ; .

Угол размаха кулисы в данном механизме непосредственно связан с коэффициентом интервалов

.

Для выявления закона движения кулисы этого механизма составим зависимость . Рассмотрим механизм в произвольном положении во время рабочего поворота кривошипа. Отсчет текущих значений углов и поворота кривошипа и кулисы будем производить от начальных от начальных положений этих звеньев и . Проектируем контур на ось симметрии механизма и ось, к ней перпендикулярную, получим:

.

Разделив второе выражение на первое, найдем

.

С учетом геометрического параметра получим искомую зависимость

.

Угловые скорость и ускорение кулисы будут соответственно равны:

;

.

Составив условие , получим уравнение , первое решение которого . Подставляя значение в уравнение, получим максимальное значение угловой скорости кулисы при ее рабочем ходе

.

Второе решение уравнения дает максимальное значение скорости кулисы при ее холостом повороте

.

При расчетах «минус» может быть опущен, так как скорость всегда положительна. В начальном и конечном положении механизма ( и ) угловая скорость кулисы , а угловое ускорение

.

Составив условие , получим уравнение

,

решение которого

.

На основании полученных зависимостей для механизма с параметром найдем: ; и другие параметры (рисунок): (кривая 1); ; ; (кривая 2). При или угловое ускорение кулисы , а при и получаем Значения углов и лежат в зоне холостого поворота кулисы по обе стороны межосевой линии механизма.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования. - М.: Машиностроение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств” .-Л. : Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 14. Механизмы мальтийского креста.

Содержание лекционного занятия:

1. Область применения. Основные схемы мальтийских механизмов.

2) Мальтийский механизм с встроенной зубчатой передачей.

3) Мальтийские механизмы с внешним зацеплением.

4) Мальтийские механизмы с встроенной планетарной передачей.

1) Во многих машинах-автоматах пищевой промышленности для сообщения рабочему органу прерывистого движения применяют механизмы мальтийского креста.

Название происходит от сходства выходного звена с мальтийским крестом – эмблемой духовно – рыцарского Мальтийского ордена.

Мальтийский механизм – устройство, преобразующее непрерывное вращательное движение входного звена в одностороннее прерывистое движение выходного звена. Иногда этот механизм называют шаговым. Применяют в автоматах и автоматических линиях для транспортировки изделий.

Мальтийские механизмы могут быть плоскими и пространственными. С помощью плоских мальтийских механизмов движение можно передавать только при параллельно расположенных валах (рисунок 1 а, б, в), а с помощью пространственных (например, со сферическим крестом) – при расположении валов под углом (рисунок 1 г).

Основные составляющие элементы мальтийского механизма – кривошип 1 – ведущее звено и мальтийский крест 2 – ведомое звено. С помощью мальтийского механизма можно осуществить поступательное прерывистое движение ведомого звена (рисунок 1 б).

Плоские мальтийские механизмы делятся на механизмы с внешним (рисунок 1 а) и внутренним (рисунок 1 в) зацеплением; одноповодковые и многоповодковые; с поворотом креста на один угловой шаг и с поворотом креста на два и более угловых шагов и др.

Мальтийские механизмы с внешним зацеплением могут иметь несколько водил, а с внутренним зацеплением – только одно. В одноповодковых механизмах за один оборот ведущего вала совершается поворот ведомого вала на один угловой шаг креста, а в многоповодковых – за один оборот ведущего вала ведомый вал поворачивается на два и более угловых шагов креста.

Сферические мальтийские механизмы могут передавать движение между валами, расположенными под углом друг к другу (рисунок 1 г, д).

Рисунок 1. Основные схемы мальтийских механизмов.

При работе этих механизмов величина динамических нагрузок меньше, чем в плоских механизмах. Иногда они позволяют избежать дополнительных конических зубчатых передач, если требуется сообщить ведомому валу, расположенному под углом к ведущему валу, прерывистое движение.

В некоторых случаях мальтийские механизмы применяются для сообщения ведомому звену двух и более поворотов на заданный угол за один оборот ведущего звена (рисунок 2).

Если радиальные пазы мальтийского креста будут располагаться неравномерно, то углы поворота ведомого звена при определенных условиях не будут равны между собой (рисунок 2 б).

Рисунок 2. Мальтийские механизмы с двумя и более поворотами креста за один оборот вала кривошипа

В мальтийских механизмах угол между осью паза креста и осевой линией водила при входе ролика в паз (так называемый угол входа) обычно принимается равным 90º. Механизм в этом случае называется правильным.

Недоста­ток мальтийских механизмов — большие динамические нагрузки в пери­од перемещения креста при небольшом числе пазов. С увеличением числа пазов мальтийского механизма, как это было показано, макси­мальные ускорения ведомого звена уменьшаются.

2) Если между валом мальтийского креста и рабочим органом, для привода которого исполь­зуется механизм мальтийского креста, встроить зубчатую передачу, то для привода рабочих органов с небольшим числом остановок (3; 4, 5) можно использовать мальтийские кресты с большим числом пазов (8; 10; 12).

На рисунке 8 представлена схема мальтийского механизма с встроенной зубчатой передачей, где трехпозиционный рабочий ор­ган 3 приводится в движение от шестипазового мальтийского кре­ста 2, кинематически связанного с водилом 1. Движение от вала мальтийского креста 2 на вал ра­бочего органа 3 передается зубча­той передачей а—б. Передаточ­ное отношение встроенной зубча­той пары определится соотношением между числом пазов применяемого мальтийского креста и числом рабочих позиций рабочего органа 3.

Рисунок 8. Схема мальтийского механизма

с встроенной зубчатой передачей.

3) Снижение максимального значения ускорения мальтийского механизма может быть достигнуто с помощью изменения траектории центра ролика толкателя, если водило выполнить в виде диады и сообщить звену вращательное движение вокруг точки D при переходе механизма из положения ABDC в положение в направлении, противоположном вращению звена CD. При этом для обеспечения правильности зацепления звено DB должно в относительном движении повернуться на угол, равный , так как углы ABC AB₂C, соответствующие началу и концу движения креста, должны быть равны каждый .

Механизмы мальтийского креста работают более плавно при большом числе пазов. Поэтому, а также вследствие высоких требований к точности изготовления реже всего применяют трехпазовые механизмы. Требования к точности изготовления, особенно в отношении зазора между роликом и пазом, повышаются с увеличением скорости ведущего звена.

Рисунок 9. Схема мальтийского механизма с встроенной

планетарной передачей с внешним зацеплением зубчатых колес

Общий недостаток механизмов мальтийского креста – непостоянство передаточного числа за время движения при постоянной угловой скорости ведущего звена. Это обусловливает значительные инерционные нагрузки. Другой недостаток – невозможность назначения произвольных отношений времени движения к времени остановки ведомых звеньев.

4) Для улучшения динамических характеристик мальтийского механизма применяют механизмы мальтийских крестов с переменным радиусом водила (рисунок). Применение встроенной планетарной передачи в мальтийском механизме дает по сравнению с обычным механизмом уменьшение средней потребной мощности на валу водила, максимального давления ролика на паз креста и коэффициента перегрузки двигателя.

В этих случаях закон движения можно принять произвольным без изменения продолжительности периода движения.

Водило представляет собой кулису 1, в которой движется ползун 2, несущий на себе ролик 3. В период покоя ролик удерживается в положении, наиболее удаленном от оси С водила, пружиной 4. В этом положении ролик одновременно входит в паз мальтийского креста и в паз неподвижного кулачка 5, управляющего перемещением ролика вдоль оси водила.

Рисунок 7. Механизм мальтийского креста с переменным

радиусом водила

Наибольший эффект от применения такого усовершенствования может быть достигнут для трехпазового мальтийского креста при равноускоренном движении; в этом случае максимальное угловое ускорение снижается в 4,12 раза. Эффективность такого устройства значительно снижается для механизмов с большим числом пазов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем является напряжение?

2. Какие различают напряжения?

3. Что такое деформация?

4. Объясните понятие относительная деформация при сдвиге?

5. Назовите единицу измерения напряжения?

6. Запишите формулу для определения напряжения?

7. Что такое упругость?

8. Что вы понимаете под адгезией и аутогезией?

9. Как определяется адгезия?

10. Что такое пластичность и вязкость?

11. На какие системы предложил разделить П.А. Ребиндер?

Рекомендуемая литература

1. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Колос, 1992-399 с.

2. Соколов В.М. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования. - М.: Машиностроение. 1970-422 с.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу “Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств”. - Л.: Машиностроение.1971-200 с.

Лекция 15. Расчет мальтийских механизмов.

Содержание лекционного занятия:

1. Расчет мальтийских механизмов с внешним зацеплением.

2. Расчет мальтийских механизмов с внутренним зацеплением.

1. Мальтийский механизм внешнего зацепления с одним водилом (рисунок 1) состоит из водила 1, ролика 2, креста 3 с пазами и замыкающими дуговыми плоскостями 6 (замыкателями), стойки 4 и дугового фиксатора 5. При вращении водила против часовой стрелки ролик, укрепленный на нём, входит в паз креста (положение А_о) и поворачивает последний в противоположном направлении.

При этом контакт плоскостей фиксатора и замыкателя нарушается (плоскости расходятся). Поворот водила на угол , который является рабочим, вызывает соответствующий поворот креста на угол (угол движения, угол расположения пазов).

После выхода ролика из паза (положение А₁) водило совершает холостой поворот на угол . Плоскости фиксатора и замыкателя сходятся, а затем плоскость фиксатора скользит по плоскости замыкателя, обеспечивая неподвижность креста, его фиксацию в исходном положении. Такой способ фиксации называется геометрическим.