Вступна лекція
1. Основи розрахунків і проектування деталей машин Вступ.
Основну частину виробничих процесів сучасної господарської діяльності людини виконують машини. Вони в багато разів підвищують продуктивність фізичної та розумової праці людини. Будь яка машина складається з деталей. Деталлю прийнято називати складову частину машини, виготовлену із однієї марки матеріалу без застосування складальних операцій (болт, вал, зірочка, зубчасте колесо).
Сукупність двох або більше деталей, з'єднаних між собою будь-яким способом (зварювання, пресування тощо) і призначених для спільної роботи, називається складальною одиницею або валом.
Серед великої кількості деталей і вузлів машини можна такі, що застосовуються майже у всіх машинах (болти, вали, муфти, зубчасті передачі і т. д.). Ці деталі і називаються деталями загального призначення. Методи їх розрахунку і конструювання вивчають у курсі "Деталі машин". Деталі загального призначення широко застосовують у машинобудуванні.
Розглянемо класифікацію деталей машин. Для перетворення руху (зміни кутової швидкості або напрямку руху) використовують різноманітні механічні передачі: зубчасті, черв'ячні, пасові, ланцюгові, фрикційні. Для підтримування деталей під час роботи і спрямування переміщення призначені вали та осі. Вони обертаються в підшипниках, які поділяються на підшипники ковзання та кочення. Для сполучення валів і регулювання роботи машини застосовують постійні, керовані і запобіжні муфти. З'єднання двох і більше деталей між собою застосовують у всіх машинах. Вони також вивчаються у курсі "Деталі машин". Також у курсі розглядаються методи розрахунку і проектування корпусних деталей, напрямних пружин і ресор.
Проектування - процес творчий. Ніколи сліпе копіювання не приводило до створення прогресивних конструкцій. Тому недостатньо добре володіти теоретичними матеріалом, методами розрахунків, розрахунковими залежностями. Потрібно вміти аналізувати створювану конструкцію в багатьох напрямках (надійність, технологічність, ремонтноздатність та інше), на всіх стадіях її створення.
1.1. Основні критерії роботоздатності і розрахунку деталей машин.
Під роботоздатністю деталі або вузла машини розуміють можливість виконання їх функціонального призначення протягом заданого строку служби. При цьому повинна забезпечуватись цілісність цієї деталі або вузла, зберігатись її форма і т.д. Ці умови є критеріями роботоздатності деталей.
Міцність - здатність деталі чинити опір руйнуванню. Вона є основним критерієм роботоздатності, оскільки руйнування однієї деталі часто може призвести до руйнування машини в цілому. Розрахунки деталей машин на міцність виконують методами опору матеріалів.
Руйнування
деталей може відбуватися внаслідок дії
статичних, ударних або змінних за часом
напружень. Перед розрахунком деталей
машин на міцність необхідно встановити
характер її зміни. Якщо на деталь діють
статичні напруження, за небезпечні при
розрахунку на міцність приймають
напруження границі текучості
(для пластичних матеріалів, наприклад
більшості сталей) або границі витривалості
(для крихких матеріалів, як чавун). У
разі дії на деталь змінних за часом
напружень проводити розрахунки необхідно
тільки з точки зору руйнування матеріалу
від втоми. При цьому за небезпечні
необхідно приймати напруження границі
витривалості матеріалу. [При зміні
У випадку дії ударних навантажень
потрібно враховувати вплив швидкої
швидкості удару з урахуванням динамічного
коефіцієнта. Якщо деталь під час роботи
знаходиться в русі, при розрахунках на
міцність інколи (для швидкісних деталей)
враховується принцип Даламбера, інерційні
зусилля. У цих випадках умова забезпечення
міцності деталі матиме вигляд:
У лівій частині маємо напруження, величина яких залежить від форми, розмірів деталі, виду і величини прикладених навантажень, у правій - допустимі напруження, величина яких залежить від матеріалу, його обробки, а також характеру напруження.
Жорсткість - здатність деталі зберігати свою форму при навантаженні. Зміна форми деталі внаслідок дії навантаження або температури призводить до зміни характеру спряження між іншими деталями, що може викликати зменшення міцності або збільшення зношування спряжених деталей. Тому критерій жорсткості деталей є важливим під час проектування машин.
Діаграма розтягу зразка із маловуглецевої сталі
-
відносне видовження.
-
абсолютне видовження,
-
межа пропорційності
(виконується
закон Гука :
)
-
межа пружності (матеріал не отримує
залишкових деформацій)
-
межа текучості (ріст деформацій без
значного збільшення навантаження)
-
межа міцності (відношення максимального
зусилля PВ
яке може витримати зразок, до його
початкової площі перерізу
Статичне навантаження гвинта домкрата
х
арактеристика
циклу;
статичне
навантаження
(гвинт
домкрата)
межа
витривалості для пластичних:
межа
витривалості для крихких:
коефіцієнт
запасу міцності; n = 1,5…2,5
;
для крихких n =3…5;
коефіцієнт
напруги;
для чавунів.
Змінне в часі симетричне навантаження
(вали, штоки, зубчасті колеса)
м
ежа
витривалості
згин
- розтяг
- кручення
;
=3,2…3,5
Здатність
матеріалу протистояти дії повторно-змінним
напругам називають - витривалістю.
Найбільша за абсолютною величиною
напруга циклу, яку матеріал здатний
витримати певне число циклів, називається
межею
витривалості.
- кількість циклів = 107.
(ГОСТ 25.502-79). При розтязі -
;
При згині
-
;
При крученні -
.
Умова жорсткості деталі полягає в обмеженні прогину або кута повороту осі (площини перерізу) деталі відносно початкового її положення:
;
Допустимі величини цих переміщень залежать від можливості спряжених деталей компенсувати ці переміщення. Надмірне збільшення жорсткості є також негативним фактором, оскільки при цьому збільшується матеріалоємність виробу.
Важливим критерієм роботи деталей, що знаходяться в контакті між собою, є зносостійкість - здатність деталі чинити опір зношуванню (процесу руйнуванню і відокремлення матеріалу від поверхні твердого тіла). Зношування - це достатньо складний процес, в якому поряд з механічними мають місце фізико-хімічні, теплофізичні та інші явища. При розрахунку на зносостійкість, як правило, обмежують напруження (тиск) у зоні контакту тіл. Допустимий тиск частіше всього визначається шляхом експериментальних досліджень. Інколи додатково перевіряють такі спряження з умови енергетичного балансу для запобігання перегріванню вузла.