МУ по выполнению ПЗ № 2 ОП

4 Практическое занятие № 2. Основы конструирования механизмов, машин и их деталей

В результате выполнения практического занятия № 2 студент должен:

а) знать:

1)основные виды работ, выполняемых в процессе конструирования изделий;

2)классификацию соединений деталей машин;

3)конструкции неразъемных и разъемных соединений деталей машин;

4)конструкции механических передач;

5)конструкции деталей и сборочных единиц передач;

6)конструкции корпусных деталей машин и механизмов;

7)конструкции рам и плит машин и механизмов;

б) уметь:

1)пользоваться нормативно-правовой документацией и справочной литературой для разработки конструкций машин, механизмов и их деталей;

2)выполнять выбор оптимальных вариантов конструкций элементов машин, механизмов и их деталей;

3)составлять отчет по итогам практического занятия.

Вопросы для проработки студентами при выполнении практического занятия № 2.

1.Основные виды работ, выполняемых в процессе конструирования

изделия.

2.Конструкции соединений деталей машин.

3.Конструкции механических передач.

4.Конструкции деталей и сборочных единиц передач.

5.Конструкции корпусных деталей.

6.Конструкции рам и плит.

11

4.1 Основные виды работ, выполняемых в процессе конструирования изделий

4.1.1Основные группы задач при конструировании изделий

Впроцессе конструирования технически совершенных и экономически целесообразных машин, механизмов и аппаратов конструктор параллельно решает три основные группы задач: конструктивные,

технологические и эксплуатационные.

Конструктивные задачи:

1. Выбор принципиальной схемы конструкции, обеспечивающей простоту компоновки изделия.

2. Обеспечение простых конструктивных решений сборочных единиц, агрегатов и их сборки.

3. Расчленение изделий на части для удобного монтажа и регулировки, а также для параллельной независимой сборки.

4. Уменьшение количества различных наименований деталей.

5. Выбор простейших геометрических форм деталей.

6. Рациональный выбор материалов.

7. Обоснованный выбор баз и системы простановки размеров.

8.Рациональный выбор классов шероховатости обрабатываемых поверхностей, допусков на сборочные размеры и размеры деталей.

9.Обеспечение экономически целесообразной взаимозаменяемости деталей, сборочных единиц и агрегатов.

10.Унификация материалов, деталей и их элементов, сборочных единиц, агрегатов и т.д.

Технологические задачи:

1.Сокращение сроков подготовки производства и освоения изделия при заданном объеме выпуска.

2.Использование современных, наиболее производительных технологических процессов обработки и сборки.

12

3.Обеспечение заданной точности изготовления деталей и сборки узлов агрегатов и всего изделия в целом в соответствии с технологическими требованиями.

4.Выбор рациональных методов и средств контроля.

5.Максимальное использование типовых технологических процессов изготовления деталей и сборки изделия.

Эксплуатационные задачи:

1.Обеспечение надежности и срока службы, установленного для данного

изделия.

2.Выбор простых методов обслуживания, эксплуатации и ремонта.

3.Сокращение количества запасных частей.

4.Обеспечение малой массы изделия.

Процесс создания изделия (механизма, машины) начинается с разработки

технического задания на его проектирование.

На основе технического задания разрабатывается кинематическая или принципиальная схема изделия.

Разработка кинематической схемы изделия позволяет установить состав механизма, поясняет взаимодействие его элементов, в значительной степени определяет конструкцию и вес основных деталей, а также экономичность изделия в производстве. Задача конструктора — подбор таких кинематических цепей, которые содержали бы минимальное количество звеньев. Конструктор, выбирая тот или иной механизм, опирается, прежде всего, на опыт конструирования и общие положения науки о механизмах.

Кинематические схемы наиболее сложны у рабочих машин. Кинематические схемы таких машин принято делить на следующие основные части:

–исполнительные механизмы, одно или несколько звеньев которых связаны с рабочими органами;

–трансмиссионные механизмы для передачи движения и мощности от двигателя к ведущему звену исполнительного механизма;

–прочие механизмы (управления, блокировки, регулирования,

13

контроля и т.п.).

На рисунке 1 изображен привод автомата, а на рисунке 2 — упрощенная кинематическая схема привода автомата с наглядным пояснением условных графических обозначений элементов схемы.

Рисунок 1 – Привод автомата

14

Условные графические обозначения в кинематических схемах приведены в

ГОСТ 2.770-68.

Закон движения рабочего звена в рабочих машинах зависит от поставленной технологической задачи и может быть реализован механизмами с различными кинематическими схемами. Разрабатываются несколько вариантов кинематических схем, из которых после соответствующего анализа необходимых расчетов (надежности, экономичности и т.п.) выбирается одна из них с наилучшими параметрами.

Выбор электродвигателя проводят по его требуемой мощности и частоте вращения.

На основании выбранной кинематической схемы и типа электродвигателя уточняют передаточные числа привода механизма, определяют вращающие моменты на валах привода механизма.

После определения вращающих моментов и частот вращения валов выполняют основной проектный расчет деталей и узлов механизма.

Силовой расчет заключается в определении сил и нагрузок, действующих в изделии. Чем точнее они определены, тем точнее можно определить усилия на отдельные детали и в итоге — их минимально необходимые размеры (от веса деталей зависят металлоемкость и вес изделия).

Размеры деталей при одной и той же нагрузке зависят от качества материала и принятых запасов прочности.

Выбор материала и определение размеров деталей

обусловлены эксплуатационными и экономическими требованиями.

Сэксплуатационной точки зрения качество материала и размеры деталей должны обеспечить эксплуатационную надежность изделия вне зависимости от его веса.

Эксплуатационная надежность детали достигается только при точном расчете ее на прочность (или выносливость) и износ.

Сэкономической точки зрения в рационально сконструированном изделии физические свойства материалов должны быть использованы наиболее полно для получения требуемой прочности и жесткости при минимальном весе.

15

4.1.2 Виды расчета деталей машин и механизмов

Машина, механизм или их составляющие элементы (двигатель, передача, исполнительный механизм, корпус, система управления) не рассчитываются на прочность как таковые, а рассматриваются как состоящие из отдельных деталей, которые могут рассчитываться на прочность, жесткость, износостойкость и по другим критериям.

Вмашиностроении существует два метода расчета деталей: проектный

ипроверочный. Основу составляет проектный расчет, так как конструктору в первую очередь необходимо знать размеры деталей, которые выдержали бы действующие нагрузки и обеспечили необходимую жесткость. Последовательность проектного расчета следующая:

– определяются нагрузки, которые будут действовать в конструируемом элементе машины;

– выбирается материал для изготовления детали с учетом основного критерия работоспособности и, если необходимо, упрочняющие технологии;

– определяются допускаемые напряжения или запасы прочности;

– назначается основной конструктивный размер, на основании которого будут определены все размеры детали;

– рассчитывается основной размер, и определяются другие конструктивные размеры детали или узла, и приводятся к стандартным размерам.

После разработки конструкции должен быть произведен проверочный расчет, так как при конструировании могут произойти изменения размеров, формы детали и т.д. Порядок проверочного расчета примерно следующий:

– реальная конструкция заменяется расчетной схемой;

– определяются места приложения нагрузок, если необходимо, распределенные нагрузки заменяются сосредоточенными, приводятся к определенным точкам;

– намечаются опасные сечения, то есть сечения, в которых может произойти поломка;

– определяется расчетное значение напряжения или коэффициента запаса

17

усталостной прочности и их значения сравниваются с допускаемыми. Расчет деталей и узлов машин и механизмов выполняют на основании

справочной литературы.

Получив расчетные размеры основных изделий (валы, оси, зубчатые колеса и т.д.), приступают к компоновке общих видов изделия.

4.1.3 Выбор принципиальной схемы конструкции, обеспечивающей простоту компоновки изделия

Компоновка изделия необходима для того, чтобы оценить соразмерность узлов и деталей привода, что в значительной мере влияет на металлоемкость и вес изделия.

Ранее выполненный эскизный проект механизма и выбранный электродвигатель, если их рассматривать отдельно, не дают ясного представления о том, что же в конечном итоге получилось. Нужно их упрощенно изобразить вместе с приводным валом, на одном листе, соединенными друг с другом непосредственно, с применением муфт или ременной (цепной) передачи. Компоновочные схемы выполняют в масштабе уменьшения 1:2 или 1:4. Они служат прообразом чертежа общего вида механизма.

Соразмерность узлов вызывается требованиями целесообразности и технической эстетики.

Если, узел 1 (рисунок 3, а), который через соединительную муфту 2 приводится в движение электродвигателем 3, в 2...3 раза меньше последнего, то такая комбинация выглядит неэстетично. Необходимо увеличить размеры узла, изменив материалы зубчатых колес, их термическую обработку и другие факторы, влияющие на размеры.

Если увеличивать размеры узла нецелесообразно, то следует применить электродвигатель исполнения на лапах и с фланцем, с тем чтобы узел 1 крепить к фланцу двигателя (рисунок 3, б). При этом обязательно рассчитывают прочность крепления узла 1 к фланцу электродвигателя и самого электродвигателя к раме (плите).

18

радиальная жесткость. Для уменьшения отклонения от соосности валов электродвигателя и редуктора (коробки передач) под лапы электродвигателя устанавливают компенсаторные прокладки П (рисунок 4, в).

Путем подбора или подшлифовки этих прокладок обеспечивают требуемую соосность валов соединяемых узлов. Если величина h0 = Н – h1 небольшая, то можно использовать плиту с базовыми поверхностями, лежащими в одной плоскости, а при установке электродвигателя применять подкладки.

На рисунке 5 в качестве примера приведена схема компоновки привода ленточного конвейера.

Рисунок 5 – Схема компоновки привода ленточного конвейера

Соразмерность основных деталей приводного вала обеспечивают выполнением условия D2 = (0,8...1,2)Dб.

Иногда размеры отдельных деталей устанавливают, исходя из конструктивных соображений. Общих правил рациональной компоновки изделий не существует. Удачная компоновка зависит от способностей, опыта, изобретательности и общей подготовленности конструктора.

4.1.4 Выбор простейших геометрических форм деталей

Решение конструкторских задач во многом зависит от придания детали рациональных геометрических форм. Какую бы сложную форму не имела деталь, конструктор выполняет ее как совокупность простейших геометрических тел или их частей.

20