Лекции ДМ и ОК / ЛЕКЦИЯ 1

7

ЛЕКЦИЯ 1

детали машин и основы конструирования

Основные положения

Детали машин – научная дисциплина по теории расчета и конструированию составных частей: деталей и узлов машин общемашиностроительного применения. Детали общего назначения применяют в машиностроении в очень больших количествах, поэтому любое усовершенствование расчета и конструкций этих деталей, позволяющее уменьшить затраты материала, понизить стоимость производства, повысить долговечность, приносит большой экономический эффект.

Основными задачами курса являются:

- изучение конструкций и критериев работоспособности основных деталей и узлов машин;

- изучение основ теории совместной работы и методы расчета деталей машин;

- формирование навыков конструирования деталей и узлов машин.

Все машины и механизмы состоят из деталей.

Деталь – это часть машины, изготавливаемая без сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т. п.) или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т.п.).

Узел – это законченная сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник, муфта, редуктор и т. п.).

Такие детали и узлы, которые встречаются почти во всех машинах, называются деталями (узлами) общего назначения и изучаются в курсе «Детали машин». Все другие детали (поршни, лопатки турбин и т.п.), встречающиеся только в одном или нескольких типах машин, относятся к деталям специального назначения и изучаются в специальных курсах.

Механизм – это система искусственно соединенных элементарных тел для передачи заданных движений.

Механизм, предназначенный для преобразования одного вида энергии в другой, называется машиной.

В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых машин предъявляются следующие общие требования:

− высокая производительность;

− экономичность;

− гарантированный срок службы;

− удобство и безопасность обслуживания;

− небольшие габариты и масса;

− транспортабельность;

− соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики.

Главным требованиям к машинам является их технологичность.

Технологичной называют такую машину, которая характерна минимальными затратами при производстве и эксплуатации.

Технологичность машины характеризуется:

1. Применением в новой машине деталей с минимальной механической обработкой. При этом широко используются штамповка, точное литье, фасонный прокат, сварка.

2. Унификацией данной конструкции, то есть применением одинаковых деталей в различных узлах машин.

3. Максимальным применением стандартных конструктивных элементов деталей (резьб, канавок, фасок и т. п.), а так же применением стандартных квалитетов и посадок.

4. Применением в новой машине деталей и узлов, ранее освоенных в производстве.

Считая, что всякая развитая машина состоит из трех основных механизмов: двигательного, передаточного и исполнительного, можно предложить следующую общую классификацию машин.

Общая классификация деталей машин

Все детали машин можно разделить на две большие группы: общего назначения и специального назначения.

В курсе ДМ рассматриваются только вопросы расчета и конструирования деталей машин общего назначения. Вопросы, связанные с конструированием деталей специального назначения изучаются в специальных курсах.

Классифицировать детали машин можно по различным признакам. С точки зрения конструктора наиболее пригодной является классификация деталей по эксплуатационному признаку - по их назначению и характеру выполняемых функций.

По функциональному признаку детали машин общего назначения подразделяются на следующие группы:

1. Детали соединений и соединения.

1.1. Разъемные соединения: резьбовые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые (зубчатые), профильные, клемовые.

1.2. Неразъемные соединения: свариваемые, клепаные, паяные, склеиваемые.

1.3. Промежуточные соединения: цилиндрические с натягом, соединения стяжными кольцами и планками.

2. Детали передач.

2.1. Управляющие передачи: двигательные передачи, передачи исполнительным механизмам.

2.2. По физическому эффекту.

2.2.1. Электрические.

2.2.2. Пневматические.

2.2.3. Гидравлические.

2.2.4. Механические.

2.2.4.1. Зацеплением: зубчатые, винт – гайка, червячные, цепные, волновые.

2.2.4.2. Трением: фрикционные, ременные.

3. Детали, обслуживающие вращательное движение.

3.1. Валы и оси.

3.2. Подшипники: качения, скольжения.

3.4. Муфты.

4. Шарнирно - рычажные механизмы: направляющие кулисы и ползуны, кривошипно-ползунный механизм, кривошипы, шатуны, коромысла, кулачки, эксцентрики, ролики.

5. Упругие элементы: пружины, рессоры.

6. Уравновешивающие равномерность движения: маховики, маятники, бабы, шаботы, грузы.

7. Детали, обеспечивающие смазывание и защиту от загрязнения: манжеты, уплотнения и т.д.

8. Детали и механизмы управления: рукоятки, тяги.

Модели нагружения деталей машин

Для расчета и проектирования деталей и узлов машин необходимо знать нагрузки, которые могут воздействовать на деталь в процессе её эксплуатации. При проектировании обычно оперируют расчетными схемами деталей, а все нагрузки, воздействующие на детали, рассматривают как режимы нагружений. Для более точного учета нагрузок в расчетах деталей машин используют общепринятые типичные модели нагружения.

По характеру нагружения внешние силы разделяются на поверхностные и объемные. Поверхностные силы действуют на поверхность деталей и являются результатом взаимодействия деталей, а объемные силы приложены к каждой частице детали (это силы тяжести и инерции).

Силы вызывают в деталях деформации и напряжения. По характеру изменения во времени напряжения подразделяют на статические и циклические. Статическими называют нагрузки (напряжения) медленно изменяющиеся во времени. Циклические нагрузки характеризуются параметром цикла и непрерывно изменяются с течением времени. Параметрами цикла нагружения являются амплитуда напряжений, среднее напряжение, максимальное напряжение и минимальное напряжение.

Если параметры цикла нагружения неизменны во времени, то такой режим нагружения называют постоянным (регулярным, стационарным).

Различают несколько стационарных циклов: симметричный коэффициент, асимметричный знака постоянный (пульсирующий или от нулевой).

При приближенных расчетах деталей работающих с переменными режимами учитывают обычно наибольшие напряжения. В уточненных расчетах используют графики изменения нагрузки во времени (гистограммы). Режим нагружения, в котором параметры цикла изменяются во времени называют переменными. В этом случае расчеты выполняют по эквивалентным нагрузкам, условно приравнивая разрушающее действие переменных нагрузок, постоянной эквивалентной нагрузке действующей такой же период времени.

Выбор материалов для деталей машин

Для изготовления деталей применяют металлы и неметаллические материалы. Все металлы и сплавы делят на черные (сталь, чугун) и цветные (бронза, латунь, баббит, легкие сплавы — алюминиевые и магниевые и др.). Черные металлы являются основными машиностроитель-ними материалами. Они сравнительно дешевы, обладают высокой прочностью. Сплавы цветных металлов дороги, по имеют высокие антифрикционные свойства, хорошо обрабатываются резанием. Легкие сплавы (силумин, дюралюминий и др.) имеют малую плотность. Обладая хорошими литейными свойствами, легкие сплавы позволяют получать точные отливки под давлением.

К неметаллическим материалам относятся пластмассы (текстолит, волокнит, древеснослоистые пластики и др.), минералокерамические материалы, резина, графит и др. Все большее распространение в машиностроении получают пластмассы.

Пластмассы имеют небольшую плотность, антикоррозийны. Из пластмасс литьем под давлением, прессованием, экструзией и другими способами получают детали сложной конфигурации с достаточно точным соблюдением размеров. Некоторые виды пластмасс имеют хорошие антифрикционные свойства, обладают высокой виброустойчивостью. Применение пластмасс в машиностроении экономит цветные сплавы, снижает массу машины и ее стоимость.

Свойства, применение и способы производства машиностроительных материалов рассматриваются в курсе «Технология металлов и констр у кционные матер налы».

При выборе материала и назначении термообработки детали необходимо учитывать:

а) габаритные размеры, конфигурацию и массу детали;

б) стоимость и дефицитность материала;

в) соответствие свойств материала главному критерию работо- способности детали;

г)соответствие свойств материала технологическому процессу об- работки (свариваемость, обрабатываемость резанием и др.).

В настоящем курсе конкретные указания по выбору материалов приводятся в соответствующих главах с учетом условий работы тех или иных деталей.

Проектный и проверочный расчет

Проектным расчетом называют определение размеров детали по формулам, соответствующим главному критерию работоспособности – прочности, жесткости, износостойкости и т.д.

Проектный расчет выполняется в тех случаях, когда габариты конструкции заранее не предписаны.

Проектные расчеты основаны на ряде допущений и выполняются как предварительные.

Проверочным расчетом называется определение фактических характеристик главного критерия работоспособности детали и сравнении их с допускаемыми величинами.

При проверочном расчете определяют фактические напряжения и коэффициенты запаса прочности, температуру и т. д.

Проверочный расчет является уточненным и выполняется, когда форма и размеры детали известны из проектного расчета или были приняты конструктивно.

Конструированием называется творческий процесс создания механизма или машины в чертежах на основе проектных и проверочных расчетов.