Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
39
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
81.92 Кб
Скачать

Лекция №1 (2часа)

Основы конструирования и расчета деталей машин

План лекции

  1. Цель, основные понятия и предмет курса. Классификация деталей машин

[с.4,5]

  1. основные критерии работоспособности и надежности деталей машин

[с. 5-9, 14-17]

  1. расчеты на прочность в машиностроении [с. 9-11]

  2. Машиностроительные материалы [1-13 самостоятельно]

Цель курса: изучение основ расчета и конструирования деталей машин и приобретение навыков их проектирования.

1. Основные понятия курса

Машина (механизм): механическое устройство, состоящее из узлов и деталей и выполняющее движение для преобразования энергии, материалов или информации с целью замены или облегчения человеческого труда.

Узел: законченная сборочная единица, состоящая их деталей, имеющих общее функциональное назначение.

Сборочная единица: изделие составные части которого (детали) соединены между собой сборочными операциями (свинчиванием, сваркой, склепыванием и т.д.)

Деталь: изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций.

Проектирование (конструирование) включает в себя вопросы, связанные с воплощением принципиальной схемы машины в реальную конструкцию)

Особый вид инженерного искусства, базирующийся на знании конструкций, способов расчета, изготовления и условий работы создаваемой машины и умении воплощать идеи в виде конструкторского чертежа;

позволяющий, исходя из заданных условий эксплуатации машины, определить наиболее рациональные материалы, форму, размеры элементов конструкции, степень их точности, шероховатость поверхностей, а также технические условия изготовления, испытания и дельнейшей работы машины.

Предмет курса: Детали и узлы общемашиностроительного применения, т.е. те, которые используются во всех машинах

Классификация деталей машин

Детали машин

Соединения

Механические передачи

Упругие элементы

Корпусные детали

Детали специализи-рованного назначения

Детали передач

2. Основные требования к изделию (работоспособность, надежность, экономичность)

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность

Экономичность – минимальность затрат на изготовление, испытания и эксплуатацию объекта при обеспечении параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией

Работоспособность и надежность характеризуются определенными критериями, к важнейшим из которых относятся:

Прочность – способность изделий не разрушаться под действием внешних нагрузок.

Жесткость – способность изделий сопротивляться изменению формы под действием внешних нагрузок.

Износостойкость – способность изделий сопротивляться изнашиванию, т.е постепенному изменению размеров и формы в результате трения при эксплуатации.

Теплостойкость – Способность изделий не разрушаться в течении заданного срока при действии нагрузки и повышенной температуры.

Виброустойчивость – Способность конструкций работать в требуемом диапазоне режимов нагружения без недопустимых колебаний.

Надежность изделий характеризуют следующими показателями:

Безотказность – свойство сохранять работоспособность в течении заданного времени без вынужденных перерывов.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния, после которого изделие не подлежит восстановлению.

Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей, проведению технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортировки.

По одному или нескольким из этих критериев и условий обычно проводят расчеты, цель которых – выбор материалов и определение размеров деталей машин.

3. Для большинства деталей машин главным при оценке работоспособности является критерий прочности. Внешние нагрузки (силы F, Fτ или моменты M, T) могут быть постоянными или переменными. Под их действием в деталях возникают постоянные или переменные напряжения σ и τ. Чаще всего нагрузки и напряжения являются переменными, но в большинстве случаев их допустимо и удобно при вычислениях свести к постоянным, так называемым расчетным нагрузкам и напряжениям.

Расчетная нагрузка (напряжение) – это та постоянная нагрузка (напряжение), которая по своему повреждающему действию на деталь за тот же период времени равноценна действующей переменной нагрузке, т.е.

,

где F – расчетная нагрузка,

FН – номинальная нагрузка (максимальная или наиболее продолжительная по времени из действующих в установившемся режиме работы машины),

К – динамический коэффициент (эквивалентности, приведения) режима нагрузки, выбирается или рассчитывается по имеющимся рекомендациям для различных деталей машин, обладающих своей спецификой.

Тогда в качестве первого из двух основных методов оценки прочности рассчитываемых деталей используется расчет по допускаемым нормальным и касательным напряжениям.

,

где σ и τ – действующие (расчетные), а [σ] и [τ] - допускаемые, соответственно нормальные и касательные напряжения.

Действующие напряжения в общем случае определяются как

- при растяжении-сжатии

- при изгибе

- при сдвиге

- при кручении

где F, Fτ, M, T – расчетные нагрузки от нормальных и сдвигающих сил и изгибающих и крутящих моментов,

A, Wиз, Wк – площади и моменты сопротивления сечений при изгибе и кручении.

Допускаемые напряжения рассчитываются как

где σпред и τпред – предельные, нормальные и касательные напряжения, при достижении которых деталь выходит из строя вследствие возникновения недопустимо больших пластических деформаций или разрушения,

[S] –допускаемый коэффициент запаса прочности.

При постоянных нагрузках в качестве предельных напряжений для пластичных материалов принимают пределы текучести а для хрупких – пределы прочности σв и τв . При переменных нагрузках за предельные напряжения берут пределы выносливости материала детали σR (при изгибе), σRР (при растяжении) и τR (при кручении).

Коэффициент [S] определяют по формуле

где [S1] – коэффициент учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок о возникающих в ней напряжений, при расчетах средней точности [S1]=1,2…1,6;

[S2] – коэффициент, учитывающий неоднородность материала детали,

  • для стальных поковок и проката [S2]=1,2…1,5

  • для стального литья [S2]=1,5…1,8

  • для чугунного литья [S2]=1,5…2,5

[S3] – коэффициент, учитывающий специфические требования безопасности детали [S3]=1…1,5

Расчет на усталостную прочность

Второй метод оценки прочности рассчитываемых деталей базируется на сравнении действительного коэффициента запаса прочности S с допускаемым коэффициентом запаса прочности

- при растяжении-сжатии или изгибе

- при кручении

- при изгибе с кручением

где σ-1 – предел выносливости при симметричном цикле напряжений при изгибе (растяжении-сжатии). (

τ-1 - предел выносливости при симметричном цикле напряжений при кручении,

Кσ и Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

Кd – масштабный фактор;

Кv – коэффициент влияния поверхностного упрочнения;

ψσ и ψτ –коэффициент чувствительности к асимметрии цикла нагружения.

Значения всех величин определяются по справочным таблицам.

σа, σm и τa, τm – амплитудные и средние значения напряжений в цикле нагружения.

Соседние файлы в папке Лекции по детали машин