3433

РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Краткий исторический обзор развития конструкций деталей машин

Наиболее ранними грузоподъемными средствами были рычаги, катки и наклонная плоскость (за 2000 лет до н.э.). Позже появились устройства, которыми поднимали груз – веревки, гибкие ветви деревьев, а также ворот, блок.

Древние греки применяли для подъема «журавель». По мере совершенствования появились лебедки и полиспасты. Соединение ворота с блоком или с полиспастом дало толчок к появлению различных типов кранов (поворотных, переносных). Так, в XVII веке в Московском Кремле был поднят с помощью ручных лебедок с использованием противовесов и рычагов Царь-колокол весом более 130 т.

Множество оригинальных проектов подъемных устройств было предложено русскими изобретателями в XVII-XVIII веках. Было предложено устройство для подъема руды, построенное по проекту Кузьмы Дмитриевича Фролова в 1785 году, с использованием для регулирования скорости тормоза.

До XVIII века основными источниками энергии машин были мускульная сила человека или животного и сила падающей воды.

Машина Фролова К.Д. приводилась в движение силой падающей воды, а направление движения менялось изменением потока воды, на правую и левую половину приводного колеса. Появление гидропривода, а затем и парового привода в корне изменило конструкцию машин. Паровой привод позволил рационально объединить в одной машине несколько механизмов.

С 90-х годов прошлого столетия в машинах начинают использовать электропривод, что привело к коренному улучшению конструкций машин. Сначала одномоторный, а затем много моторный приводы позволили рационально и компактно разместить приводные и передаточные механизмы для подъема, передвижения и поворота.

Применение двигателей внутреннего сгорания имело существенное влияние на развитие автономности механизмов и машин.

1.2. Развитие отечественного машиностроения

Началом отечественного машиностроения принято считать XVIII век. Великий механик и изобретатель И.И. Ползунов (1728-1766) впервые разработал проект 2-х двухцилиндрового парового двигателя, сконструировал автоматический регулятор питания парового котла. Выдающийся механик И.И. Кулибин (1735-1818) создал знаменитые часы в

3

форме яйца, представляющие собой сложнейший механизм автоматического действия.

Всвязи с развитием машиностроения как отрасли промышленности появилась потребность в разработке научных методов исследования и проектирования механизмов, входящих в состав машин.

ВРоссии первые машиностроительные заводы появились в XVIII веке,

в1861 году было свыше ста, а в 1900 году примерно 1417 штук. Однако до Октябрьского переворота наше машиностроение сильно отставало. В годы Советской власти в нашей стране было развить мощное машиностроение.

Возвращаясь к русским ученым надо отметить работы в области теории механизмов и машин академика Чебышева П.Л.(1821-1894). Значительный вклад в динамику машин внес своими трудами «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский (1847-1921). У него было много работ по прикладной механике.

1.3. Основные пути повышения эффективности машин

Эффективность работы машин зависит от технико-эксплуатационных характеристик данного механизма. Обобщающим параметром, учитывающим условия эксплуатации машины или механизма и степень нагружения их во времени, является номинальный режим работы данного механизма или всей машины в целом.

Нормативные величины, принимаемые при расчете деталей и узлов механизмов машин на прочность, износ, долговечность и нагрев зависят от того, к какому номинальному режиму работы должна быть отнесена данная машина или ее отдельный механизм.

При установлении номинального режима работы, например, кранового механизма, да и различных других машин и механизмов необходимо учитывать шесть следующих факторов:

1. Использование механизма по грузоподъемности Кгр.; характеризуется коэффициентом:

где Qср - средняя (за смену) величина поднимаемого груза;

Qном - номинальная (расчетная) грузоподъемность механизма.

2. Использование механизма по времени Кг и Кс; характеризуется коэффициентами:

Кr = число дней работы механизма в году/365 дней;

3.Кс = число часов работы механизма в сутки/24 часа.

4.Среднее использование механизма в течении цикла; характеризуется величиной ПВ (относительная продолжительность включения в %):

4

Критериями сравнения для указанных работ являются следующие показатели:

-себестоимость машино-смены работы данной машины;

-эксплуатационная производительность машины;

-затраты, приходящиеся на погрузку 1 т угля;

-капиталовложения;

-трудоемкость (в чел.-час/т);

-степень механизации труда;

-энергоемкость;

-металлоемкость;

Себестоимость машино-смены определяется по следующим статьям затрат:

-заработная плата вспомогательных рабочих;

-отчисления на социальное страхование;

-стоимость электроэнергии или топлива;

-текущий ремонт;

-амортизация;

-услуги обслуживающих производств;

-прочие расходы (расход смазочных материалов, расход обтирочных материалов, износ малоценных и быстроизнашивающихся деталей).

Эксплуатационная производительность машин ПЭ (в т в смену)

определяется:

где А- длительность смены в часах;

Во = К1*К2;

Vo - объем груза, поднимаемого за один цикл, в м куб.:

К1 - коэффициент использования машин, учитывающий технологические перерывы;

К2 - коэффициент использования машины, учитывающий организационные простои: текущий уход, заправка горючим и топливом, прием и сдача машины и т.п.

Затраты, приходящиеся на погрузку 1 т. угля зависят от себестоимости машино-смены, заработной платы и отчислений на социальное страхование. Зарплата основных рабочих состоит из основной и дополнительной зарплаты и отчислений на социальное страхование.

Затраты Зп на погрузку 1 т. могут быть определены по формуле:

Где С- себестоимость машино-смены в руб.; Ф - зарплата основных рабочих в руб.

6

Капиталовложения определяются путем сравнения с аналогичными существующими машинами: сначала определяется стоимость 1 кг металла существующей машины, а затем она умножается на вес проектируемой машины.

Трудоемкость характеризует трудовые затраты, выраженные с человеко-часах на 1 т. груза. Для уменьшения трудозатрат машину следует оснащать автоматическими устройствами, чтобы обойтись минимальным числом занятых рабочих.

Трудоемкость работ влияет на важный экономический показатель – степень механизации труда Км, характеризующий отношение сэкономленных от введения механизмов трудовых затрат Т к трудовым затратам при выполнении тех же работ без механизмов Тр.:

где Qc - суточный объем работ в т.;

qр - норма выработки одного рабочего в смену при ручной погрузке груза

в т.;

qМ - то же при механизированной работе. Следовательно:

Энергоемкость Эм показывает стоимость электроэнергии (в квт.ч ) или топлива в кг на 1т груза. При этом следует знать расход за смену электроэнергии или топлива:

Где Ао - расход в смену электроэнергии в квт.час или топлива в кг/т; С - стоимость энергии или топлива в руб.

Металлоемкость единицы продукции М характеризуется весом металла в машине или в комплекте машины, отнесенным к сменной эксплуатационной производительности, т.е.:

М МТ

GПЭ (1.8)

7

единицами или узлами(редукторы, коробки передач, муфты, подшипники и т.д.).

Неподвижные и взаимно неподвижные, скрепленные между собой детали называют звеньями. Выполнение звеньев не из одной, а из нескольких соединенных между собой деталей обеспечивает возможность:

1.Изготовление деталей из разных материалов, например, вкладыш подшипников из бронзы, а корпусов из чугуна.

2.Удобной замены быстроизнашивающихся деталей.

3.Сборки (например, установка коленвала двигателя в коренные подшипники выполнима при съемных крышках) и и облегчения сборки машины.

4.Большей стандартизации и централизованного изготовления деталей.

Общая классификация деталей машин.

1.Выполнение машин и их звеньев из различных деталей вызывает

необходимость соединения их между собой. Общая группа деталей является группа соединений (неразъемные и разъемные).

2.Машины состоят из двигательного, передаточного и исполнительных механизмов.

Общими для всех машин являются передаточные механизмы. Двигательные и исполнительные механизмы имеют много специфических деталей.

Для передачи энергии при вращательном движении(наиболее удобном способе передачи механической энергии) в основном применяют передачи, муфты и валы.

Передачи вращательного движения являются механизмами,

предназначенными передавать энергию с одного вала на другой, как правило

сизменением, т.е. с уменьшением или увеличением узловых скоростей и соответственным изменением вращательных моментов.

Передачи разделяют на передачи зацеплением (зубчатые, червячные и цепные передачи) и передачи трением, передающие энергию посредством сил трения, вызываемых начальным натяжением ремня(ременная передача) или прижатием одного катка к другому(фрикционная передача жесткими телами качения).

3.Вращающиеся детали передач (зубчатые колеса, шкивы, звездочки) устанавливаются на валах.

Валы служат для передачи вращающего момента вдоль своей оси и для поддержания деталей передач.

Валы соединяются с помощью муфт. Муфты бывают постоянные, не допускающие разъединения валов при работе машин, и сцепные, допускающие сцепление и расцепление валов.

Валы и оси вращаются в подшипниках (скольжения и качения). Поступательно движущиеся детали поддерживают направляющие

поступательного движения скольжения и качения.

Подшипники и направляющие базируются на основаниях: станинах и других корпусных деталях.

9

4. Для преобразования видов движений (вращательное в возвратнопоступательное, качательное или наоборот), осуществления движений с заданным законом изменения скорости и движения со сложной траекторией применяют шарнирно-рычажные и кулачковые механизмы. К

шарнирно-рычажным механизмам относятся кривошипно-шатунный механизм (двигатель внутреннего сгорания). Основные детали шарнирнорычажных механизмов – кривошипы, шатуны, коромысла, направляющие, кулисы, ползуны. Основные детали кулачковых механизмов – кулачки, эксцентрики, ролики.

5.В большинстве машин необходимо использовать упругие элементы: пружины или рессоры. Их применяют для защиты от вибраций и ударов (автомобили, вагоны), для совершения в течение длительного времени полезной работы путем предварительного аккумулирования или накапливания энергии (заводные пружины в часах); для осуществления обратного хода в кулачковых и др. механизмах; для соединения натяга.

6.Для повышения равномерности движения, уравновешивания деталей машин и для накопления энергии в целях повышения силы удара или для ее восприятия применяют детали, использующие для выполнения своих функций массу – маховики, маятники, грузы, бабы, шаботы.

7.Долговечность машин в значительной степени определяется устройствами для защиты от загрязнений и для смазывания.

8.Важную группу составляют детали и механизмы управления. Значительные группы составляют детали специфические (имеющие

наибольшее применение) для отдельных групп машин.

Для энергетических машин наиболее характерными являются цилиндры, поршни, клапаны, лопатки и диски турбомашин, роторы и статоры электрических машин.

Для транспортных машин характерны: колеса, рельсы, гусеницы, винты водяные и воздушные, крюки, ковши и др.

Для машин-орудий специфическими являются: валки, шаботы, бабы, патроны, суппорты, лемехи, отвалы, веретена, катушки, челноки и др.

10