1.3.6 Порядок проектирования

1. Составляется расчетная схема. Упрощается форма детали, распределенные нагрузки по возможности заменяются сосредоточенными или распределенными по более простому закону. Часто вместо всей детали рассматриваются только заведомо слабые участки.

2. Определяются силы, действующие на конструкцию в процессе работы.

3. Выбирается материал, и, учитывая все факторы, влияющие на прочность конструкции, определяются допускаемые напряжения.

4. Определяются размеры детали по условиям прочности (жесткости, износоустойчивости и т.п. – если необходимо).

5. Выполняется чертеж с указанием всех размеров, классов точности, шероховатости и прочих сведений, необходимых для изготовления.

Очень часто проектирование ведут по другому методу: на основании опыта проектирования и рекомендаций, предварительно задают размеры и форму деталей, исходя из их назначения, характера соединения с другими деталями и общей компоновки сборки, а затем производят проверочный расчет, при котором определяют фактические напряжения и действительные коэффициенты запаса прочности.

1.4 Краткие сведения о машиностроительных материалах

Детали машин изготавливают из металлических и неметаллических материалов. Выбор материала зависит от назначения детали и способа ее изготовления. При этом учитывают требования прочности и жесткости детали при минимальном весе, а также требования технологичности.

Наиболее распространенными материалами в машиностроении являются стали различных марок, чугуны, бронза, а также неметаллические материалы: пластмассы, резина, дерево.

Стали. Сталь – сплав железа с углеродом, содержание которого доходит в инструментальных сталях до 1,7%, в конструкционных – до 0,8%, а также с другими естественными или специально вводимыми легирующими элементами: марганцем, кремнием, хромом и др.

Стали делятся:

• по применению – на конструкционные и инструментальные;

• по химическому составу – на углеродистые и легированные (содержащие легирующие элементы);

• по качеству – на углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380), углеродистые качественные конструкционные (ГОСТ 1050), легированные конструкционные (ГОСТ 4543) и низколегированные конструкционные (ГОСТ 5058).

Свойства углеродистой стали зависят, в первую очередь, от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем прочнее, тверже и менее пластична сталь.

Механические свойства сталей (особенно усталостная прочность) повышается при объемной или поверхностной термической или химико-термической обработке.

Чугуны. Для получения литых заготовок применяют чугуны. Чугуны делятся по химическому составу, структуре и технологии получения на:

• серые чугуны – содержат до 3,6% углерода, главным образом в виде свободного пластинчатого графита, и отличается хорошей обрабатываемостью;

• белые чугуны – содержат до 4% углерода в связанном состоянии (в виде химического соединения железа с углеродом), отличается высокой твердостью и плохой обрабатываемостью на станках;

• ковкие чугуны – получают из белых чугунов длительной выдержкой при высокой температуре (томлением), характеризуется высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и более высокой по сравнению с другими видами чугуна пластичностью.

Цветные сплавы. К сплавам на медной основе относятся:

• бронзы – сплав меди с оловом и другими элементами (свинец, алюминий и др.), обладают высокими антифрикционными качествами и применяются для изготовления деталей, работающих на истирание;

• латуни – сплав меди с цинком.

Сплавы легких металлов:

• баббиты – сплав олова (до 83%), сурьмы и меди, используется в подшипниках скольжения в качестве антифрикционного материала;

• силумин – сплав алюминия с кремнием (до 14%);

• дюралюминий – сплав алюминия с медью (до 5,5%);

• алюминиево-магниевые сплавы – сплав магния и алюминия с медью, никелем, кремнием, цинком и др.

Сплавы цветных металлов хорошо обрабатываются, при литье хорошо заполняют форму. Алюминиевые сплавы отличаются малым объемным весом.

Пластмассы имеют малый объемный вес, обладают высокими тепло- и электроизоляционными, а также антикоррозионными свойствами, хорошей технологичностью, сравнительно невысокой стоимостью. Недостаток большинства видов пластмасс – старение (снижение прочностных свойств в течение времени).

Резина и эластомеры на основе каучуков обладают хорошими демпфирующими свойствами, технологичностью (можно получать детали практически любой конфигурации). Недостаток деталей из резины – низкая долговечность из-за старения (особенно при низких температурах и под воздействием открытого солнечного света), низкая стойкость при воздействии масла, кислот, щелочей.