m34700

2

УДК 621. 81 (075.8) ББК 34.41

Рецензенты: заведующий кафедрой деталей машин и инженерной графики Воронежской государственной лесотехнической академии, доктор технических наук, профессор В. Р. Карамышев, заведующий кафедрой теоретической механики и черчения Курской государственной сельскохозяйственной академии, профессор Н. В. Грищенко.

Попов Е. М. Детали машин. Автоматизированное проектирование и технический анализ: Учеб. Пособие, 2-е изд. исправл. – Воронеж: ВГАУ,

2005. – 199 с.

Вучебном пособии по курсу «Детали машин и основы конструирования» общепрофессиональной дисциплины «Механика» изложены оценки работоспособности машиностроительных конструкций с использованием систем автоматизированного проектирования и анализа. Анализ базовых алгоритмических модулей расчета и конструирования, в том числе возможных производственных ситуаций, направлен на развитие творческих качеств обучаемого, способности к приобретению новых знаний.

Приведены краткие руководства пользователя для наиболее распространенных САD/САЕ – систем. Включены справочные данные для конструирования приводов, необходимые при курсовом и дипломном проектировании. Показаны примеры разработки виртуальных лабораторных работ, курсового проекта и тестовых заданий.

Структура учебного пособия направлена на возможность использования в системе дистанционного обучения по кейс-технологии и в системе сетевой технологии в среде Интернет. Приведены сведения об электронной версии пособия.

Внеобязательном приложении на компьютерном диске имеются некоторые программы расчета, демонстрационные версии САD/САЕ-систем

иинформационные материалы.

Издание рассчитано на студентов агроинженерных специальностей вузов и может быть использовано студентами колледжей.

4

2.7. Краткое руководство пользователя системами автоматизированного проектирования передач……………………... 68

Глава 3. Валы и оси……………………………………………………….. 73

3.1.Критерии работоспособности и расчет валов на прочность и жесткость……………………………………………... 73

3.2.Исходные данные и анализ результатов расчетов………. 78

3.3.Вопросы анализа производственных ситуаций…………. 79

3.4.Краткое руководство пользователя системами автоматизированного проектирования валов………………………... 79

Глава 4. Подшипниковые опоры………………………………………… 85

4.1.Критерии работоспособности и расчет (подбор) подшипников качения……………………………………………... 85

4.2.Исходные данные и анализ результатов расчетов……….. 86

4.3.Вопросы анализа производственных ситуаций…………. 88

4.4.Краткое руководство пользователя системами автоматизированного расчета (подбора) подшипников качения…... 89

Глава 5. Муфты приводов………………………………………………... 91

5.1.Расчетный вращающий момент………………………….. 91

5.2.Нерасцепляемые муфты…………………………………... 92

5.3.Предохранительные муфты………………………………. 94

Глава 6. Соединения деталей машин……………………………………. 98

6.1.Шпоночные, шлицевые и безшпоночные соединения….. 98

6.2.Резьбовые соединения..………………………………….... 101

6.3.Сварные соединения………………………………………. 102

6.4.Вопросы анализа производственных ситуаций…………. 104

6.5.Краткое руководство пользователя системами автома-

7.1.Виртуальная лабораторная работа……………………….. 110

7.2.Учебное курсовое и дипломное проектирование……….. 115

7.3.Тестовый контроль знаний……………………………….. 119

5

П Р Е Д И С Л О В И Е

Учебное пособие соответствует Государственному образовательному стандарту Российской Федерации, программе курса "Детали машин" и одноименного раздела курса "Механика" для агроинженерных специальностей.

Изучение курса "Детали машин и основы конструирования", выполнение первой самостоятельной конструкторской работы завершают общеинженерную подготовку и позволяют облегчить качественный скачок, который предстоит совершить студентам от формальной логики общеинженерной дисциплины к эвристической деятельности инженера. Умение обосновывать проектные параметры машин на основе критериев работоспособности формируется у будущих инженеров в процессе выполнения курсового проекта и учебно-графических заданий по деталям машин.

Развитие аналитического и алгоритмического мышления для инженерной деятельности, их оптимальное сочетание возможны только на базе информатизации образования, внедрения новой информационной технологии. Последовательные шаги в этом направлении обеспечиваются приобщением обучаемого к миру вычислительной техники. Здесь можно выделить три уровня: компьютерная осведомленность, компьютерная грамотность и готовность к использованию ЭВМ в профессиональной деятельности.

Первые два уровня должны обеспечиваться как учебным курсом информатики, так и общеинженерными дисциплинами (инженерная графика, теоретическая механика, сопротивление материалов, теория механизмов и машин, технология конструкционных материалов и т. д.) на основе новой информационной технологии обучения. Третий уровень приобщенности к миру вычислительной техники достигается практическим использованием компьютерных технологий в решении учебных заданий по курсу деталей машин и специальных дисциплин, обеспечивающих профиль подготовки инженеров.

Назначение пособия – помочь студентам избавиться от рутинных действий при проектировании деталей машин, получить возможность приблизиться к оптимальным конструкторским ре-

6

шениям, научиться выполнять автоматизированный технический анализ конструкций. В пособии предложено решать все основные проектные задачи для деталей машин (на примере привода с механическими передачами – основного объекта курсового проектирования) на базе алгоритмических модулей.

Студент получает возможность представить формирование и функционирование всех совокупностей основных компонентов системы автоматизированного проектирования (САПР): алгоритмических, программных и проектных модулей.

Главные задачи обучаемого при освоении методов автоматизированного обоснования проектных параметров деталей машин и технического анализа:

1)изучение критериев работоспособности деталей машин, сборочных единиц и агрегатов, представление об их нагрузочной способности;

2)осознание единства расчетов и конструирования, значимости расчетов деталей машин для оптимального проектирования, особенно при использовании компьютерных технологий;

3)развитие навыков конструирования и технического творчества, представление об алгоритмизации конструирования;

4)умение работать с банками данных;

5)развитие способности к приобретению новых знаний, в том числе в системе дистанционного обучения.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры механики Воронежского госагроуниверситета за практическую помощь в компановке и обеспечении функционирования электронных приложений настоящего издания.

Е. М. Попов, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации.

7

Методические рекомендации

Изучение основ конструирования машин предполагает сочетание усвоения расчетного обоснования параметров деталей машин и методов конструирования. Разнообразие методов, используемых при конструировании, отображает чрезвычайно высокую разнохарактерность задач, с которыми приходится иметь дело на различных стадиях разработки. К ним относятся задачи исследовательского и интуитивного характера, экспериментальной проработки отдельных решений на макетах, моделях и опытных образцах или путем проведения машинного, виртуального эксперимента и т. д.

Вкачестве методов конструирования в зависимости от решаемых задач и критериев отбора технических решений используются различные эвристические методы, в том числе:

методы аналогии (конструктивного подобия, копирования, биоаналогии и другие);

методы альтернативного поиска (последовательных приближений, масштабных преобразований, идеализации);

методы инверсии (от латинского inversio – перестановка). Методы инверсии облегчают сложную работу конструиро-

вания. Сущность метода заключается в обращении функции, формы и расположения деталей, сборочных единиц. Может оказаться полезным поменять детали функциями, например, ведущую деталь сделать ведомой, направляющую – направляемой, охватывающую – охватываемой, неподвижную – подвижной. Целесообразно бывает инвертировать формы деталей, например, выпуклую сферическую поверхность толкателя заменить вогнутой. Может оказаться выгодным переместить конструктивные элементы с одной детали на другую, например, крепление шпонки с вала на ступицу, подшипники из корпуса переместить в ступицу вращающейся на оси шестерни.

Врезультате инверсии конструкция приобретает новые свойства. Анализ преимуществ и недостатков исходного и инвертированного вариантов с учетом работоспособности, габаритов,

8

технологичности, удобства эксплуатации позволяет выбрать наилучший вариант.

Вкурсовом проектировании использование метода инвертирования ограничено, но и здесь есть возможность принять лучшие варианты по расположению сборочных единиц привода, конструкции подшипниковых опор, регулировочных и крепежных элементов.

Первая глава учебного пособия посвящена критериям оптимальности и работоспособности конструкций, программному и аппаратному обеспечению автоматизированного проектирования и анализа технических систем. Приведены сведения о лучших рас- четно-аналитических и конструкторско-графических системах.

Во второй главе рассмотрена работоспособность основных видов механических передач на основе базовых формул алгоритмических модулей. Приведены вопросы технического анализа производственных ситуаций и краткое руководство пользователя системами автоматизированного проектирования передач.

Втретьей, четвертой, пятой главах изложены вопросы работоспособности валов и осей, подшипниковых опор, выбор соединительных и конструирование соединительно-предохранительных муфт.

Шестая глава посвящена шпоночным, шлицевым и бесшпоночным соединениям, резьбовым и сварным элементам конструкций в системах автоматизированного проектирования и технического анализа.

Вседьмой главе рассмотрена практическая реализация результатов изучения основных разделов учебных дисциплин "Детали машин и основы конструирования" и "Механика" на примере виртуальной лабораторной работы, тестового задания и курсового проектирования.

Использование учебного пособия в системе дистанционного обучения предполагает как минимум применение программных продуктов систем инженерных расчетов элементов конструкций машин, имеющихся на диске приложения или других, доступных пользователю. Наиболее целесообразно использовать электронную версию настоящего учебного пособия, помещенную на сервере (http://www.vsau.ru) или на СD – диске, распространяемом в системе дистанционного обучения ВГАУ. Основное внимание уделе-

9

но использованию наиболее известных российских программных продуктов APM WinMachine – система автоматизированного расчета и проектирования механических конструкций и оборудования в области машиностроения и строительства и КОМПАС для Windows – прикладная система, ориентированная на использование при проектно-конструкторских работах в машиностроении, приборостроении, строительстве и архитектуре.

Применение профессиональных программных продуктов в учебном процессе при соответствующем методическом обеспечении позволяет ориентировать обучаемых на эффективное освоение новых технологий проектирования, технического анализа и постоянного обучения.

Приведем некоторые сведения о дистанционном обучении и его развитии в России. Дистанционное обучение стало фактом, отвечающим современности.

Ведутся работы по межвузовской научно-методической программе Минвуза России "Научно-методическое обеспечение дистанционного обучения". Разработана концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России

(http://www.ido.ru).

Дистанционное обучение – это универсальная гуманистическая форма обучения, базирующаяся на использовании широкого спектра традиционных, новых информационных и телекоммуникационных технологий и технических средств, которые создают условия для свободного выбора образовательных технологий, диалогового обмена с преподавателем, при этом процесс обучения не зависит от расположения обучаемого в пространстве и во времени. Среди характерных черт дистанционного обучения, отличных от традиционных форм (гибкость, модульность, экономичность и др.), отметим его технологичность, связанную с использованием в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое постиндустриальное информационное пространство.

Организационные особенности деятельности образовательных учреждений, использующих технологии ДО, следующие:

– непрерывность обучения;

10

–открытость и индивидуальный подход в проведении учебного процесса;

–централизм, с центром ДО на базе ведущего вуза и территориально удаленных учебно-консультационных пунктов;

–наличие преподавателей - консультантов (тьюторов), прикрепляемых к слушателям по направлениям или дисциплинам.

Настоящее учебное пособие является основой автоматизированной обучающей системы, включающей в себя дидактические, методические и информационно-справочные материалы по учебной дисциплине "Детали машин и основы конструирования" или соответствующей дисциплины "Механика", а также программное обеспечение, которое позволяет комплексно использовать его для самостоятельного получения и контроля знаний.

В обобщенной форме организация дистанционного обучения по общепрофессиональной дисциплине "Механика" в настоящее время в условиях агроинженерного вуза (факультета) может осуществляться по глобальной сетевой и (или) кейс - технологии. Наиболее доступной глобальной сетью сейчас является Интернет (INTERNET). Интернет – это набор компьютерных сетей.

Серверы Интернет (мощные компьютеры с очень емкими дисками памяти) разбросаны по всему миру и подключены к Интернет множеством линий, как скоростных, так и не очень. Большинство индивидуальных пользователей подсоединяются к этой системе с помощью персонального компьютера (ПК) через телефонную сеть. Связь ПК с телефонной линией обеспечивает модем (модулятор – демодулятор). Передача страницы текста занимает секунду, а цветной фотографии минуты. Корпоративные пользователи, в том числе вузы, используют специальные телекоммуникационные каналы связи с серверами провайдеров.

Самое популярное приложение Интернет (World Wide Web или WWW – "всемирная паутина") представляет собой группу серверов, подключенных к Интернет и предлагающих страницы информации в графическом виде. При подсоединении к одному из таких серверов (порядок строго установлен) на экране ПК появится страница с несколькими гиперсвязями. Активизируя гиперсвязь щелчком мыши, осуществляется переход на другую страницу с дополнительной информацией и другими гиперсвязями. Создавая свою страницу WWW, пользователь регистрирует