3307

В.А. Нилов Ю.Б. Рукин Р.А. Жилин

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Часть I

Учебное пособие

Воронеж 2004

УДК 621.81(075.8)

Нилов В.А., Рукин Ю.Б., Жилин Р.А. Детали машин и основы конструирования: Учеб. Пособие: Ч. 1. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. 116 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы расчета и конструирования типовых деталей машин. Особое внимание уделено освещению вопросов, связанных с применением деталей при конструировании роботов.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 220400 «Мехатроника и роботехника» специальности 220402 «Роботы и робототехнические системы», дисциплине «Детали машин и основы конструирования».

Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Конспект ДМ РС-1.doc.

Ил. 59. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор канд. техн. наук, доц. Б.Б.Еськов Рецензенты: кафедра дорожных и строительных машин

ВГАСУ (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. П.И.Никулин); д-р физ.-мат. наук, проф. В.Н. Нечаев

Издаѐтся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Нилов В.А., Рукин Ю.Б., Жилин Р.А.,

2004

Оформление. Воронежский государственный3 технический университет, 2004

ВЕДЕНИЕ

Конструкция промышленного робота определяется большим числом факторов, зависящих от его назначения и условий применения. Если на начальном этапе развития робототехники роботы применялись для выполнения вспомогательных операций типа загрузки-разгрузки станков, транспортировки, грузки-разгрузки станков, транспортировки, то в современном производстве их функций значительно расширились. Сейчас успешно используются роботы, выполняющие основные технологические операции – сборку, сварку, окраску и др.

При конструировании робота выделяют отдельные узлы и агрегаты, которые различным образом соединены между собой. Энергия двигателя посредством передаточных механизмов сообщает движение конечному элементу – схвату, заставляя его двигаться по заданной траектории и с заданной скоростью.

При проектировании механической системы робота необходимо учитывать разнообразные факторы и выбирать приемлемые решения при большом числе ограничений и взаимоисключающих требований, например обеспечение высокой точности позиционирования и динамики движения в сочетании с большим объемом рабочей зоны и малой себестоимостью изготовления. Поэтому методика проектирования механической системы должна базироваться на анализе функций ее элементов и их взаимосвязи с технологическими требованиями и конструктивными возможностями.

3

ЛЕКЦИЯ 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Учебные вопросы

1.Термины и определения. Классификация

2.Основные сведения о проектировании и конструировании.

3.Стадии разработки конструкторской документации

1.1. Термины и определения. Классификация

Дисциплина «Детали машин и основы конструирования» призвана развить у студента инженерное мышление, познакомить его с современными методами расчета и конструирования деталей и сборочных единиц, привить навыки рационального выбора формы и материала детали, ее степени точности и качества обработки поверхностей, исходя из заданных условий работы детали в изделии.

В зависимости от сложности и габаритов, всякое изделие состоит из определенного числа сборочных единиц и деталей. В соответствии со стандартом различают следующие виды из-

делий: детали, сборочные единицы, комплекты и комплексы.

Деталь – изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Например, винт, гайка, вал, шкив, литой корпус и т.д.

Сборочная единица – изделие, составные части которого соединены посредством сборочных операций (свинчивание, сварка, пайка, сшивка, вальцевание и т.п.). Например, ручка, подшипник, стол, сварной корпус, станок, автомобиль и т.д.

Комплект – два или более изделий, не соединенные сборочными операциями и предназначенные для выполнения вспомогательных функций. Например, комплект запасных частей, измерительного инструмента, записывающей аппаратуры и т.д.

Комплекс – два или более изделия, не соединяемые сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций. Например, поточная линия станков, телефонная станция, несобранная бурильная установка.

4

Чертежи деталей и сборочных единиц обязательно имеют технические требования на изготовление. Чертежи сборочных единиц дополнительно снабжаются технической характеристикой и подетальной спецификацией (отдельный текстовый документ).

Задача курса «Детали машин и основы конструирования» заключается в том, чтобы исходя из заданных условий работы детали или сборочной единицы, изложить научнообоснованные методы и правила их проектирования и конструирования. При этом принятый метод должен обеспечить выбор наиболее рациональных форм, размеров, материала, степени точности и качества изделия.

1.2.Основные сведения о проектировании

иконструировании

Разработка новых изделий осуществляется инженернотехническим персоналом путем проектирования и конструирования. Если производство изделий есть их изготовление по имеющемуся описанию, то проектирование – это процесс получения такого описания. Проектирование предшествует кон-

струированию и представляет собой поиск научнообоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. Проектирование это вы-

бор некоторого способа действий, в частном случае – это соз-

дание системы, способной решить поставленную задачу.

Конструированием создается конкретная, однозначная конструкция изделия. Конструкция – это устройство, взаимное расположение частей и элементов машины, прибора, определяющееся его назначением. В процессе конструирования создаются изображения и виды изделия, выбирается материал, устанавливаются требования к шероховатости поверхностей, создается техническая документация. Конструирование опирается на результаты проектирования и уточняет все инженерные решения, принятые при проектировании (т.е. при расчете основных параметров изделия, расчеты на прочность, оптимизации и т.д.).

5

6

Рис. 1.1 Классификация деталей машин

Проектирование и конструирование, дополняя друг друга, служат одной цели: разработке нового изделия, которое не существует или существует в другой форме. Это виды творче-

ской, умственной деятельности, когда в уме разработчика создается конкретный мыслительный образ, реализуемый затем в конкретной материальной форме на производстве в изделии.

По ГОСТ 2.101-68 изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.

Конструировать [construere] – значит создавать конст-

рукцию механизма, машин, сооружения с выполнением их проектов и расчетов.

Конструктор – лицо, занимающееся созданием конструкций различных устройств и их частей. Он специалист, знающий не только порядок, способы и методы этого создания, но и способы и методы изготовления его составных частей. По ГОСТ 2.101-68 изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии

Профессия инженера-конструктора является наивысшей квалификацией создателя новой техники. В основе его труда лежит техническое творчество, которое нередко становится увлечением и жизненной необходимостью многих людей. В институте у нас работают три заслуженных изобретателя России проф. Смоленцев В.П., проф. Подвальный С.Л. и проф. Хван Д.В.

1.3. Стадии разработки конструкторской документации

Стадии разработки конструкторской документации и этапы работ установлены ГОСТ 2.103-68.

I стадия – разработка технического задания (ТЗ) документа, содержащего назначение, основные параметры, экономические показатели и специальные требования к изделию.

II стадия – разработка технического предложения – совокупности конструкторских документов, обосновывающих тех-

7

ническую и технико-экономическую целесообразность разработки изделия.

III стадия – разработка эскизного проекта – совокупности конструкторских документов, содержащих принципиальные конструкторские решения и разработки общих видов узлов.

IV стадия – разработка технического проекта – совокупности конструкторских документов, содержащих окончательное решение всех узлов изделия с проработкой вопросов надежности, экологии, технической безопасности и т.д.

V стадия – разработка рабочей документации – совокупности документов, включающих все узловые и детальные чертежи, оформленные так, что по ним можно изготавливать изделия и конструировать их производство и эксплуатацию.

ЛЕКЦИЯ 2.

ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ МАШИН

Учебные вопросы 1. Виды нагрузок, действующих на детали машин Циклы напряжений и их параметры

Диаграммы усталости. Процесс усталостного разрушения Развитие усталостных повреждений Учет переменного характера режима нагружения

Методы определения допускаемых напряжений

2.1. Виды нагрузок, действующих на детали машин

В процессе эксплуатации каждая машина испытывает различные виды нагрузок. Познакомимся с некоторыми из них.

Рабочей нагрузкой называют силу или момент воспринимаемые детально или узлом в процессе эксплуатации изделия.

Рабочая нагрузка может быть постоянной или переменной в зависимости от характера ее изменения во времени. К постоянным можно отнести, например, нагрузку от собственного веса.

8

При эксплуатации детали машин, как правило испытывают переменные нагрузки, характер которых зависит от систематических или случайных факторов, вызывающих эти нагрузки.

В зависимости от способа воздействия на деталь нагрузки могут быть статическими и динамическими.

Статические нагрузки обычно бывают постоянными без возникновения колебаний системы. Динамические нагрузки вызывают удар или колебания системы. В связи с переменным характером рабочих нагрузок вводят понятия о номинальной,

эквивалентной и расчетной нагрузках.

Максимальная или длительно действующая нагрузка в установившемся режиме называется номинальной.

Номинальные мощность, момент, частота вращения, скорость и т.д.

Эквивалентной называется такая постоянная нагрузка, которой можно заменить фактические действующую переменную рабочую нагрузку, считая ее равноценной в отношении соответствующих критериев надежности, (например, долговечность, прочность…).

Для зубчатой передачи Qэкв Qном Kдолг ,

где Кдолг – коэффициент долговечности, зависящий от графика изменения рабочей нагрузки и от того, какая из них принята в качестве номинальной.

Расчетной называется условная постоянная нагрузка, определяемая (рабочей нагрузкой) с учетом ее характера воздействия на объект. Она служит для определения размеров деталей машин. Учитывает местные условия.

Qрасч Qэкв Kк Кд Ку

9