Dmitrieva_L.A._Detali_mashin_i_osnovy_konstruirovaniya (только расчёты для курсового проекта)
.pdf
Л. А. ДМИТРИЕВА
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
КРАТКИЙ КУРС. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
Рекомендовано федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Стандартизация и метрология», «Управление качеством»
Москва, 2013
УДК 62-772.2 БКК 30.12
Д53
Рецензент Доктор технических наук, профессор кафедры
«Техническая механика» МГУЛ
Ю. Г. Лапшин
Работа подготовлена на кафедре «Детали машин» Московского государственного машиностроительного университета
/Университет машиностроения/
Дмитриева Л.А.
Д53 Детали машин и основы конструирования. Краткий курс. Примеры расчетов : учебное пособие для вузов / Л. А. Дмитриева. – М. : ИД «Спектр», 2013. – 276 с.: ил.
ISBN 978-5-4442-0049-0
Приведены справочные данные, методика конструирования редукторов, примеры расчетов передач, проектирование валов и подбор подшипников качения, необходимые для выполнения курсовых проектов.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Стандартизация и метрология», «Управление качеством».
УДК 62-772.2 БКК 30.12
ISBN 978-5-4442-0049-0 |
© Дмитриева Л.А., 2013 |
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ» . . . . . . . . . . . . . . . 8
Глава 3. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Глава 4. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ 13
Глава 5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Глава 6. РАСЧЕТЫ ПРОЕКТИРОВОЧНЫЕ И ПРОВЕРОЧНЫЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Глава 7. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
7.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 7.2. Пример кинематического и силового расчета привода ленточного конвейера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Глава 8. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ КОЛЕСАМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
8.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Прочностной расчет зубчатой цилиндрической передачи внешнего зацепления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 8.3. Пример расчета зубчатой цилиндрической косозубой передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Глава 9. ЧЕРВЯЧНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ . . . . . 78 9.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 9.2. Прочностной расчет червячной цилиндрической передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
9.3. Пример расчета червячной передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Глава 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 10.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 10.2. Пример расчета цепной передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
Глава 11. РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 11.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 11.2. Пример расчета клиноременной передачи . . . . . . . . . . . . 140
Глава 12. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ НА СТАДИИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
12.1. Особенности конструирования отдельных деталей и узлов одноступенчатых редукторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 12.2. Примеры выполнения эскизных компоновок одно-
ступенчатых редукторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Глава 13. ВАЛЫ РЕДУКТОРОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 13.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 13.2. Пример расчета тихоходного вала цилиндрического редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Глава 14. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 14.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 14.2. Пример проверки пригодности конических роликовых и шариковых радиальных однорядных подшипников для опор тихоходного вала редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Глава 15. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН . . . . . . . . . . . . . . . 222 15.1. Резьбовые соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 15.2. Соединения вал-ступица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Глава 16. МЕХАНИЧЕСКИЕ МУФТЫ ПРИВОДОВ . . . . . . . . . . . 235 16.1. Назначения и типы механических муфт . . . . . . . . . . . . . . 235 16.2. Дисковые фрикционные муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 16.3. Комбинированные муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ «ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ» . . . . . . . 241
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ . . . . . . . . . . . . 245
ПРИЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие «Детали машин и основы конструирования. Краткий курс. Примеры расчетов» предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки ВПО «Стандартизация и метрология», «Управление качеством». Также может быть полезно студентам других направлений, изучающих курс «Детали машин и основы конструирования», в технических вузах.
Содержание учебного пособия составлено так, чтобы изучая теоретическую часть, студент мог работать над курсовым проектом (курсовой работой).
Краткий курс предусматривает изложение только отдельных видов передач и соединений, наиболее часто используемых при курсовом проектировании приводов машин. Краткое изложение позволит студентам ускорить изучение дисциплины, акцентируя внимание на наиболее важных разделах курса, и существенно облегчит работу над курсовым проектом (курсовой работой). В пособии подробно рассмотрены основные виды передач с примерами расчетов: зубчатые, червячные, ременные, цепные и некоторые виды соединений: резьбовые и соединения вал–ступица. В помощь студентам при проектировании редуктора подробно изложено конструирование тихоходного вала с расчетами на прочность и построением эпюр нагрузок, предусмотрен подбор подшипников качения. Представлены эскизы компоновки одноступенчатых редукторов.
В основных главах предусмотрена теоретическая часть и пример расчета. Основные положения изложены по единой методике. Учебное пособие состоит из 16 глав. Нумерация рисунков, формул и таблиц соответствует нумерации глав. «Рис. 8.5» обозначает принадлежность к главе 8, порядковый номер рисунка 5; формулы, таблицы пронумерованы по такому же принципу.
6 |
ПРЕДИСЛОВИЕ |
|
|
Методические и справочные материалы, представленные в пособии, облегчают работу над курсовым проектом (курсовой работой) и могут быть использованы для работы на технических кафедрах, в том числе профилирующих.
В заключительной части учебного пособия приведены вопросы для контроля полученных знаний.
Учебное пособие написано с использованием общепринятых технических терминов, соответствующих ГОСТов и установившихся методик по расчету и проектированию.
Приведенные рекомендации по конструированию и отдельные конструктивные решения отражают современный уровень отечественного машиностроения.
7
Глава 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Курс «Детали машин и основы конструирования» является связующим звеном между общетехническими и специальными дисциплинами. Знания курса базируются на изучении предметов: математики, физики, химии, технологии конструкционных материалов, теоретической механики, сопротивления материалов, взаимозаменяемости, стандартизации и технических измерений, черчения.
Целью изучения дисциплин «Детали машин и основы конструирования» или «Детали приборов и основы конструирования» является ознакомление с конструкцией, работой, критериями работоспособности, основами расчета и принципами конструирования деталей и узлов машин (приборов) общемашиностроительного назначения.
Опыт проектирования различных конструкций обобщен в ГОСТах, некоторые размеры элементов конструкций при проектировании не рассчитываются, а принимаются в соответствии с опытом проектирования аналогичных конструкций. Умение работать с ГОСТами и рекомендациями, пользоваться ими является одной из задач курсового проектирования.
В результате изучения дисциплины студенты должны овладеть навыками выбора материала и рациональной термообработки, расчета и конструирования деталей и узлов машин, а также всего привода, освоить требования к оформлению технической документации, составлению спецификаций, оформлению расчетно-поясни- тельной записки, приобрести опыт выполнения проектно-конструк- торских работ по решению технических задач в области машиностроения. Теоретические знания закрепляются выполнением курсового проекта или курсовой работой.
Изучение дисциплины под классическим названием «Детали машин» способствует подготовке конструкторов широкого профиля, создателей новой техники, специалистов, вносящих большой творческий вклад в создание материальных ценностей.
8
Глава 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»
Значение и содержание раздела курса. Определения: деталь, сборочная единица, узел. Стандартизация и унификация узлов и деталей. Стандартизация методов расчетов. Виды стандартов, нормальные ряды размеров и параметров.
Основы расчетов и конструирования деталей и узлов машин. Критерии работоспособности и требования, предъявляемые к узлам и деталям машин. Виды нагрузок и напряжений. Расчеты на прочность. Факторы, влияющие на прочность и сопротивление усталости. Пути повышения сопротивления усталости. Расчет по допускаемым напряжениям и запасам прочности. Расчет на долговечность по сопротивлению усталости при постоянном и переменном режимах нагружения. Различные виды эквивалентных режимов. Трение и изнашивание в машинах. Виды пар трения. Расчет на износостойкость.
Передачи. Классификация передач. Общие кинематические и силовые зависимости для передач.
Зубчатые передачи. Достоинства и недостатки. Классификация. Материалы и термообработка зубчатых колес. Виды разрушений и виды расчетов закрытых и открытых зубчатых передач. Силы в зацеплении. Расчет цилиндрических зубчатых передач по контактным напряжениям и на излом зуба. Основные сведения об изготовлении и геометрии.
Червячные передачи. Общая характеристика. Достоинства и недостатки. Классификация. Критерии работоспособности и виды расчетов червячных передач. Материалы червячной пары. Силы в зацеплении. Коэффициент полезного действия червячной передачи. Расчет по контактным напряжениям и на излом зуба. Расчет тела червяка на прочность и жесткость. Тепловой расчет червячного редуктора.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА |
9 |
|
|
Цепные передачи. Общие сведения. Достоинства и недостатки. Виды цепей. Звездочки цепных передач. Геометрия цепной передачи. Кинематика и динамика цепной передачи. Критерии работоспособности цепных передач и их расчет. Смазка цепных передач.
Ременные передачи. Достоинства и недостатки. Виды ремней. Способы натяжения ремней. Геометрия ременной передачи. Силы и напряжения в ремне. Критерии работоспособности. Плоскоременные передачи. Расчет по тяговой способности. Клиноременные передачи и их расчет. Шкивы ременных передач.
Оси и валы. Общие сведения. Критерии работоспособности и виды расчетов. Материалы валов и осей. Приближенный расчет вала. Конструирование валов и осей. Расчет вала на прочность и сопротивление усталости.
Подшипники. Назначение и общая классификация. Подшипники качения. Достоинства и недостатки. Класси-
фикация подшипников. Обозначение. Критерии работоспособности и виды расчетов. Материалы. Подбор стандартных подшипников по динамической и статической грузоподъемности.
Подшипники скольжения. Общие сведения и классифика-
ция.
Соединения. Классификация и области применения. Достоинства и недостатки. Резьбовые соединения. Шпоночные, шлицевые и профильные соединения. Соединения деталей с натягом.
Муфты. Основные понятия и классификация муфт. Глухие муфты. Подвижные муфты. Муфты сцепные управляемые и самоуправляемые. Комбинированные муфты.
10
Глава 3 КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Объем курсового проекта (курсовой работы) – три листа графической части и расчетно-пояснительная записка.
Лист № 1 Сборочный чертеж редуктора
Сборочный чертеж редуктора выполняют в двух-трех проекциях с разрезами, сечениями, дополнительными видами и надписями, необходимыми для понимания конструкции и принципа работы. Чертеж должен содержать изображение всех входящих в редуктор деталей, давать полное представление о конструкции каждой детали. Чертеж выполняют на листе ватмана формата А1 в масштабе 1:1. Некоторые дополнительные виды и разрезы допускается изображать в уменьшенном масштабе (М 1:2 или М 1:2,5).
Не допускается изображать детали резьбовых соединений упрощенно. При их вычерчивании обязательно показывают зазоры между болтом (винтом) и отверстием детали, запасы резьбы и глубину сверления. Крепежные изделия одного типоразмера допускается изображать один раз, показывая положение остальных осевыми линиями. Подшипники качения вычерчивают упрощенно: одну сторону в разрезе, другую – условно.
Изображения деталей зубчатых и червячных пар выполняют в соответствии с ГОСТ 2.402–68.
На чертеже проставляют следующие размеры:
−габаритные (длину, ширину, высоту);
−сопряженные (посадочные), оговаривающие посадки подшипников, зубчатых колес, шкивов, муфт, крышек, колец и т.д. (посадки одинаковых деталей допускается проставлять один раз);
−установочные и присоединительные (размеры основания редуктора, размеры между осями отверстий под крепежные болты
идиаметры этих отверстий, диаметры и длины выступающих концов валов и т.п.);