pm_l_3 Прикл мех Деталi машин
.pdfМІНІСТЕРСТВООСВІТИІНАУКИУКРАЇНИ Запорізькийнаціональнийтехнічнийуніверситет
ТЕКСТИ(КОНСПЕКТ) ЛЕКЦІЙ ЗДИСЦИПЛІНИ
Прикладнамеханіка(ЧастинаІ)
ДЕТАЛІМАШИН(продовження)
длястудентівзаочноїформинавчання спеціальностей8.092206 “Електричнімашиниіапарати”, 8.090403 “Ливарневиробництвочорнихікольоровихметалів”, 8.090603 “Електротехнічнісистемиелектроспоживання”,
8.092203 “Електромеханічнісистемиавтоматизаціїтаелектропривод”
2003
131
Тексти(конспект) лекційздисципліни“Прикладнамеханіка” (ЧастинаІІ). Опірматеріалівдлястудентівзаочноїформинавчання спеціальностей8.092206 “Електричнімашиниіапарати”, 8.090403 “Ливарневиробництвочорнихікольоровихметалів”, 8.090603 “Електротехнічнісистемиелектроспоживання”, 8.092203 “Електромеханічнісистемиавтоматизаціїтаелектропривод”/Укл.: Б.О. Трескунов, В.Г. Шевченко. Запоріжжя: ЗНТУ. 2003. – 164 с.
Укладачі: Б.О. Трескунов, доцент, к.т.н В.Г. Шевченко, доцент, к.т.н
Рецензент: С.М. Борисова, ст. викладач
Експерти: В.Г. Савельєв, доцент, к.т.н. В.М. Снігірьов, доцент, к.т.н.
Б.С. Сперанський, професор, д.т.н.
В.В. Попов, доцент, к.т.н. І.Д. Труфанов, доцент, к.т.н.
Відповідальний завипуск: В.Г. Шевченкозав. каф.
Затверджено назасіданнікафедри“Механіка”
Протокол№ 6 від“31”січня2002 р.
РекомендованодовиданняНМОспеціальностіяктекст(конспект) лекційздисципліни“Прикладнамеханіка”(ЧастинаІІ). Теорія машинтамеханізмів”длястудентівспеціальностей8.092206 “Електричнімашиниіапарати”, 8.090403 “Ливарневиробництвочорнихі кольорових металів”, 8.090603 “Електротехнічні системи електроспоживання”, 8.092203 “Електромеханічнісистемиавтоматизації таелектропривод”.
Протокол№ від“31”січня2002 р.
132
ЗМІСТ
14 |
Лекція18. Основипроектуваннятаконструювання |
|
|
деталеймашин. |
135 |
||
14 |
.1 |
Змістпонятьпроектуванняіконструювання. |
135 |
14 |
.2 |
Загальнівимогидомашинтаїхелементів. |
137 |
14 |
.3 |
Розрахункиприпроектуваннііконструюванні. |
138 |
14 |
.4 |
Жорсткість, віброітеплостійкістьелементівмашин. |
139 |
14 |
.4 |
.1 Поняттяпрожорсткістьташляхиїзабезпечення. |
139 |
14 |
.4 |
.2 Поняттяпровіброітеплостійкістьелементівмашин. |
139 |
14 |
.5 |
Машинобудівніматеріали. |
141 |
14 |
.5 |
.1 Сталі, їхзастосуванняіметодизміцнення. |
141 |
14 |
.5 |
.2 Чавунитіїхвластивості. |
142 |
14 |
.5 |
.3 Сплавикольоровихметалів. |
143 |
14 |
.5 |
.4 Неметалевіматеріали. |
144 |
14 |
.6 |
Стандартизаціяприконструюваннімашин. |
145 |
15 |
Лекція19. Точністьвиготовленнядеталеймашин. |
146 |
|
15 |
.1 |
Взаємозамінністьіпоняттяпродопускитапосадки. |
146 |
15 |
.1 |
.1 Взаємозамінність. |
146 |
15 |
.1 |
.2 Поняттяпророзміритаїхнівідхилення. |
147 |
15 |
.1 |
.3 Поняттяпродопускитаквалітети. |
149 |
15 |
.1 |
.4 Посадкидеталейтасистемиутворенняпосадок. |
151 |
15 |
.2 |
Шорсткістьповерхоньдеталеймашин. |
155 |
16 |
Лекції20 і21. З’єднаннядеталеймашин. |
157 |
|
16 |
.1 |
Різьбовіз’єднання. |
158 |
16 |
.1 |
.1 Кріпильнірізьбитаїхніосновніпараметри. |
158 |
16 |
.1 |
.2 Кріпильнірізьбовідеталі, їхніконструкціїтаматеріали. |
160 |
16 |
.1 |
.3 Розрахуноквитківрізьбинаміцність. |
163 |
16 |
.1 |
.4 Розрахунокнаміцністьстержняболта(гвинта) длярізних |
|
випадківнавантаженняз’єднання. |
165 |
||
16 |
.1 |
.4.1 З’єднаннянезатягнутимболтом, щонавантажене |
|
зовнішньоосьовоюсилою. |
165 |
||
16 |
.1 |
.4.2 З’єднаннязатягнутимболтомбеззовнішнього |
|
навантаження. |
166 |
||
16 |
.1 |
.4.3 Болтовез’єднаннядеталей, щонавантажені |
|
силамизсуву. |
168 |
||
16 |
.1 |
.5 Розрахунокгруповихболтовихз’єднань. |
170 |
16 |
.1 |
.5.1 Болтовез’єднаннянавантаженеосьовоюсилою, |
|
щопопоходитьчерезцентрвагиплощинистикудеталей. |
170 |
133
16.1.5.2Болтовез’єднаннянавантаженесилами, щодіють |
|
|
уплощиністикудеталей. |
172 |
|
16.1.5.3Довільненавантаженняболтовогоз’єднання. |
173 |
|
16.1.6 Клиновіабофрикційно-гвинтовіз’єднання. |
175 |
|
16.1.7Допустимінапруженнятазапасиміцностіпри |
|
|
розрахункахрізьбовихз’єднань. |
178 |
|
16.2 |
Шпонковіз’єднання. |
179 |
16.2 |
.1 Основнівидишпонковихз’єднаньтаобласть |
|
їхньогозастосування. |
179 |
|
16.2 |
.2 Розрахунокненапруженихшпонковихз’єднань. |
182 |
16.3 |
Штифтовіз’єднання. |
187 |
16.4 |
Зварніз’єднання. |
185 |
16.4 |
.1 Видизварнихз’єднаньітипизварнихшвів. |
186 |
16.4 |
.2 Розрахунокзварнихз’єднаньітипизварнихшвів. |
189 |
16.5 |
Заклепковіз’єднання. |
195 |
16.5 |
.1 Конструкціїзаклепковихз’єднаньтаобласті |
|
їхвикористання. |
195 |
|
16.5 |
.2 Розрахунокзаклепковихз’єднань. |
197 |
16.5 |
.3 Допустимінапруженняврозрахунках |
|
заклепковихз’єднань. |
199 |
|
16.6 |
З’єднаннядеталейпаяннямтасклеюванням. |
200 |
16.6 |
.1 Паяніз’єднання. |
201 |
16.6 |
.2 Клейовіз’єднання. |
203 |
17 Лекції22 і23. Механічнізубчастіпередачі. |
204 |
|
17.1 |
Циліндричнізубчастіпередачі. |
205 |
17.1 |
.1 Видируйнуваннязубцівтакритеріїїхпрацездатності. |
208 |
17.1 |
.2 Параметрипрямотакосозубихзубчастихпередач |
209 |
17.1 |
.3 Навантаженняназубціциліндричнихзубчастихпередач |
213 |
17.1 |
.4 Розрахунокциліндричнихзубчастих |
|
передачнаміцність. |
215 |
|
17.1 |
.4.1 Проектнийрозрахунокциліндричних |
|
зубчастихпередач. |
215 |
|
17.1 |
.4.2 Перевірочнийрозрахунокциліндричних |
|
зубчастихпередач |
220 |
|
17.2 |
Черв’ячніпередачі. |
226 |
17.2 |
.1 Параметричерв’ячноїпередачі. |
228 |
17.2 |
.2 Матеріалиіконструкціїдеталейчерв’ячноїпередачі. |
|
Критеріїроботоздатностітарозрахунків. |
233 |
134
17.2 |
.3 Допустимінапругиурозрахункахчерв’ячнихпередач. |
235 |
17.2 |
.4 Навантаженняназубцічерв’ячногоколеса. |
237 |
17.2.5.1 Проектнийрозрахунокчерв’ячноїпередачі. |
239 |
|
17.2 |
.5.2 Розрахунокзубцівчерв’ячногоколесана |
|
контактнівтомуіміцність. |
241 |
|
17.2 |
.5.3 Особливостірозрахункузубцівчерв’ячного |
|
колесаназгин. |
243 |
|
17.2 |
.6 Розрахунокнажорсткість. |
244 |
17.2 |
.7 ККД черв’ячноїпередачітаїтепловийрозрахунок. |
245 |
18 Лекції24 і25. Вали, підшипникитамуфти. |
248 |
|
18.1 |
Вали. |
250 |
18.1 |
.1 Розрахунковісхемивалівіїхкритеріїрозрахунку. |
253 |
18.1 |
.2 Циклинапруги, щозустрічаютьсяувалах. |
254 |
18.1 |
.3 Проектнийрозрахуноквалівтаїхнєконструювання. |
256 |
18.1 |
.4 Розрахуноквалівнавтомнуміцність. |
260 |
18.1 |
.5 Розрахуноквалівнажорсткість. |
260 |
18.2 |
Підшипникикочення. |
261 |
18.2 |
.1 Загальнівідомості. |
266 |
18.2 |
.2 Видируйнуваньікритеріїрозрахунку |
|
підшипниківкочення. |
266 |
|
18.2 |
.3 Розрахунковееквівалентненавантаження |
|
напідшипникикочення. |
267 |
|
18.2 |
.4 Підбірпідшипниківзадинамічноювантажністю. |
268 |
18.3 |
Підшипникиковзання. |
271 |
18.3 |
.1 Загальнівідомості. |
271 |
18.3 |
.2 Критеріїроботоздатностітарозрахунку |
|
підшипниківковзання. |
274 |
|
18.3 |
.3 Умовнірозрахункипідшипниківковзання. |
274 |
18.4 |
Муфтиприводів. |
277 |
18.4 |
.1 Загальнівідомостітакласифікаціямуфт. |
277 |
18.4 |
.2 Некерованімуфти. |
278 |
18.4 |
.3 Керованімуфти. |
285 |
18.4 |
.4 Самокерованітакомбінованімуфти. |
289 |
Література |
293 |
135
ЛЕКЦІЯ18
14 ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯТА КОНСТРУЮ ВАННЯДЕТАЛЕЙ МАШ ИН
14.1 Змістпонятьпроектуванняіконструювання
Інженернепроектуванняценеперервнийпроцес, вякомунауковаітехнічнаінформаціявикористовуєтьсядляствореннянового пристрою, машиниабосистеми, щодаютьсуспільствупевнукористь. Новівиробирозробляєінженерно-технічнийперсоналшляхомпроек- туванняіконструювання. Проектуванняіконструюванняєпроцесами взаємопов'язаними, доповнюючиодинодного. Конструктивнаформа об'єктауточнюєтьсязадопомогою методівпроектуваннявиконаннямрозрахунківексплуатаційнихпараметрів, наміцністьінадійність, оптимізаціюпроектнихрішень.
Проектуванняпередуєконструюваннюієпошукомнауковообґрунтованих, технічноздійсненихтаекологічнодоцільнихрішень. Результатпроектуванняпроектстворюваногооб'єкта.
Конструюванняцестворенняконкретноїоднозначноїконструкціїоб'єктазгіднозпроектом. Конструкціяпередбачаєспосібз'єднання, взаємодіючастин, атакожматеріал, зякоговиготовляютьсяокреміелементи.
Проектуванняіконструюваннямаютьоднуметустворення новоговиробу, якийщенеіснує, абоіснуєвіншійформіімаєінші розміри.
Процесстворенняновоїмашини, приладуабоспорудиможна розділитинарядетапів. Практикоювиробленатаканайзручнішапослідовністьпроектуванняіконструювання:
Технічнапропозиція- початковастадіяпроектування, якає відповіддюпроектувальниканапоставленузадачу, вимогиіобмеження, щонаведенівтехнічномузавданні.
Ескізнийпроектрозробляєтьсявтомуразі, колицепередбаченотехнічнимзавданнямабопротоколомрозглядутехнічноїпропозиції. Нацьомуетапіпроводитьсяконструкторськеопрацюванняоптимальноговаріантадорівняпринциповихконструкторськихрішень, якідаютьзагальнеуявленняпробудовуіпринципироботиоб'єкта.
136
Технічнийпроектвиконуєтьсяпісляескізногопроектуванняі міститьсукупністьконструкторськихдокументів, яківідображають повнетехнічнерозв'язуванняпроблемиівсідані, достатнідляповногоуявленняпробудовувсьогооб'єктаійогоскладовихчастин, принципроботиівзаємодіюосновнихелементів.
Робочаконструкторськадокументаціяпотрібнадлязабезпе-
ченняможливостівиготовленнядослідногозразкаабопочатковоїсеріїспроектованоговиробу.
Наявністьвсіхстадійприрозробціновихтехнічнихоб'єктівне завждиєобов'язковою. Частоокремістадіїрозробкиоб'єднуютьсяі такимчиномскорочуєтьсячаспроектнихробіт.
Доконструкторськихдокументівналежатьграфічніітекстові документи, якіокремоабовсукупностівизначаютьскладібудову виробуівміщуютьпотрібніданідляйоговиготовлення, контролю, приймання, експлуатаціїіремонту. Нижченаведенідеяківидиконструкторськихдокументів.
Кресленнядеталі- графічнийдокумент, якийміститьзображеннядеталійіншіданідляївиготовленняіконтролю.
Складальнекреслення- графічнийдокумент, якийміститьзображенняскладальноїодиниційіншідані, потрібнідляїскладання (виготовлення) іконтролю.
Схема- графічнийдокумент, наякомуувиглядіумовнихзображеньабопозначеньпоказаніскладовічастинивиробуізв'язкиміж ними. Схемибуваютькінематичні, гідравлічні, пневматичні, електричнітаінші.
Специфікація- текстовийдокумент, якийвизначаєскладскладальноїодиниці, комплексучикомплекту.
Розрахунок- текстовийдокумент, якийміститьрозрахункипараметрівіхарактернихвеличинвиробу, наприкладкінематичнийрозрахунок, розрахунокрозмірнихланцюгів, розрахунокнаміцністьта інше.
Пояснювальназаписка- текстовийдокумент, якиймістить описбудовиіпринципидіїспроектованоговиробу, атакожобґрунту- ваннятехнічнихітехніко-економічнихрішень, прийнятихприрозробцівиробу.Інструкція- текстовийдокумент, якийміститьвказівкиі правиладлявиготовленняабоексплуатаціївиробу.
137
Длярізнихстадій, абоетапів, проектуваннятаконструювання технічнихоб'єктівобов'язковою єрозробкатихчиіншихконструкторськихдокументів.
14.2 Загальнівимогидомашинтаїхніхелементів
Якістьмашин, приладівтаіншихтехнічнихоб'єктів, атакожїхніхокремихскладальниходиницьідеталейзалежитьвіддеякихзагальнихвимог, якіповинензадовольнятистворюванийоб'єкт. Розглянемозагальнівимоги, якітребабратидоувагинавсіхетапахістадіях проектуваннятаконструюваннямашин.
Роботоздатність- поняття, щовизначаєтакийстанмашиниабо довільноїїскладальноїодиницічидеталі, приякомувоназдатнавиконуватизаданіфункціїзпараметрамищодо вимогтехнічноїдокументаціїзізбереженнямміцності, незмінностіформиірозмірів. стійкостіпротиспрацювання, потрібноїжорсткості, теплоівібростійкості. Ціпоказникироботоздатності, порушенняякихспричиняєвихідз ладумашиничидеталі, називаютькритеріямироботоздатності.
Високіексплуатаційніпоказникимашиниоцінюютьісную-
чимизразкамиподібнихмашин. Призбереженніабозменшеннімасиі габаритнихрозмірівновамашинаповинназабезпечуватибільшвисокі продуктивністьіККД, меншеспоживанняенергії, підвищенуточність, меншізатратипрацінаобслуговуванняіремонттощо.
Високанадійність- властивістьмашини, складальноїодиниці абодеталівиконуватизаданіфункції, зберігаючиприцьомусвоїексплуатаційніпоказникивдопустимихмежах, протягомнапередзаданогопроміжкучасу. Показникомнадійностіможебутиймовірність безвідказноїроботимашинивпризначеномуінтервалічасу.
Безпечністьвексплуатаціїхарактеризуєпридатністьконструкціїмашинидонормальноїексплуатаціїпротягомвизначеноготехнічною документацієюстрокуслужбибезаварійнихруйнувань, небезпечнихдляобслуговуючогоперсоналу, виробничогообладнання, а такожіншихсуміжнихоб'єктів.
Технологічністьіекономічністьконструкціїмашиничидеталі
- цеїнайбільшапростотаінайменшіматеріальнізатратиприївиготовленні.
Екологічністьмашини- здатністьївиконуватисвоїфункції безшкідливоговпливунанавколишнєсередовище.
138
Усіцівимогивзначніймірівзаємопов’язані, ілишеповнезадоволенняїхдаєможливістьдосягнутивисокоїякостімашинприпроектуваннііконструюванні.
14.3 Розрахункиприпроектуваннііконструюванні
Проектуванняіконструюваннямашиннерозривнопов'язаніз розрахунками, задопомогою якихвстановлюєтьсятехнічнахарактеристика, кінематичніпараметри, розміриіформанавантаженихдеталей, запасміцності, довговічністьдляусіхумовексплуатаціїідлявсіх навантажень. Розрахункиіконструюванняпоєднаніміжсобою.
Упроектуваннівикористовуютьтаківидирозрахунків: геометричні(розрахунокрозмірнихланцюгів, координат, зазорів); кінематичні(розрахунокпереміщень, швидкостей, прискорень, передаточнихчиселкінематичнихланцюгівтаін.); динамічні(розрахунокнавантаженьдеталейіїхніхзмінучасі); розрахункинаміцністьіжорсткість(визначеннянапруженьтадеформаційелементівмашинив робочихрежимах); енергетичні(розрахункизатратенергії, параметрівенергетичногобалансу); техніко-економічні(розрахункипродук- тивності, вартості, ефективностівикористання).
Тойчиінший розрахунок требавиконуватизатакоюсхемою: а) підбірвихіднихданихдлярозрахунку; б) складаннярозрахункової схеми; в) визначенняосновнихкритеріївроботоздатностіоб'єктарозрахунку; г) безпосереднєвиконаннярозрахунку; д) формулювання висновківізаключень.
Розрахункинаміцністьтажорсткістьзалежновідїхмісцяв усьомупроцесіпроектуванняіконструюванняподіляютьнапроектні таперевірочні.
Проектнірозрахункивикористовуютьдлявизначеннявихіднихрозмірівдеталейчиїхелементів, дотогожцірозрахункивбільшостівипадківвиконуютьзаспрощенимиметодиками.
Перевірочнірозрахункиєобов'язковимиінайбільшточними. Вонивиконуютьсязапотрібнимикритеріямироботоздатностінакінцевихетапахпроектуванняіконструюваннядлявсіхвідповідальних деталеймашин.
Длядеталей високогоступенявідповідальностіабодеталей складноїформизточноневстановленимхарактеромнавантаження доцільнопроводитиекспериментальнуперевіркурозрахунків.
139
14.4 Жорсткість, віброітеплостійкістьелементівмашин
14.4.1 Поняттяпрожорсткістьташляхиїїзабезпечення Жорсткість- здатністьдеталейчинитиопірзмініїхформипри
діїексплуатаційнихнавантажень. Розрізняютьвласнужорсткістьдеталі, обумовленудеформаці-
ямивсьогоматеріалудеталі, іконтактнужорсткість, якапов'язаназ деформаціямитількиповерхневихшарівматеріалудеталівзоніконтактузіншоюдеталлю.
Жорсткістьоцінюютьспівставленнямрозрахунковихдеформаційдеталей(прогинівf , кутівповоротуперерезів , кутівзакручування таін.) придіїмаксимальнихексплуатаційнихнавантаженьз
припустимимидеформаціями.
Длябільшостідеталей(валів, штоків, ходовихгвинтівточних верстатів, елементівкорпуснихдеталей) основнезначеннямаєвласна жорсткість. Утакомуразіперевірочнірозрахункинажорсткістьвиконуютьзаформуламитаметодами, щовивчаютьсяурозділіопоруматеріалів.
Поняттяконтактноїжорсткостіналежитьнетількидовипадку початковогоконтактуполініїабовточці, алеідовипадкупочатковогоконтактуповеликійномінальнійплощі.
КонтактнідеформаціїодноріднихдеталейзпочатковимдотикомполініїабовточцівизначаютьзаформуламитеоріїГерца, аконтактнідеформаціїпривеликійномінальнійплощіконтактунаоснові експериментальновстановленихкоефіцієнтівконтактноїподатливості.
14.4.2 Поняттяпровіброітеплостійкістьелементівмашин Вібростійкість- здатністьконструкціїпрацювативзаданому
діапазоніексплуатаційнихрежимівбезнедопустимихколивань. Коливаннятавібраціїнайчастішепроявляютьсячерезнедоста-
тнюжорсткістьелементівмашин, незрівноваженістьобертовихдеталей, особливостіробочихпроцесівудвигунахтавиконавчихорганах машини, високіробочішвидкостітаін. Вібраціїспричиняютьдодатковізміннівчасінапруженнявдеталях, внаслідокчоговідбувається швидкевтомнеруйнування, погіршуєтьсяякістьроботимашини, зме-