Введение
Предмет «Детали машин и ОК» завершает цикл общетехнических дисциплин и является первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов.
Любая машина (механизм) состоит из деталей.
Деталь- это часть машины, изготовленная без сборочных операций. Детали объединяют в узлы.
Узел – сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (муфта, подшипник качения). Детали и сборочные единицы, которые встречаются в большинстве машин (зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д.) называются деталями (узлами) общего назначения и изучаются в курсе «ДМ и ОК».
История использования деталей машин начинается с глубокой древности.
В России первый курс « Детали машин» написан в 1881 г. проф. В.Л. Кирпичевым. Значителен вклад в развитии курса таких отечественных ученых, как Л. Эйлер, Н.Е. Жуковский, Н.П. Петров, М.Л. Новиков и др.
Критерии работоспособности и расчета деталей машин
Конструкция детали должна отвечать двум основным требованиям:
а) деталь должна быть надежной, т.е. сохранять во времени свою
работоспособность;
б) деталь должна быть экономичной. Экономичность определяют
стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.
Детали машин выходят из строя по различным причинам, которые определяются условиями эксплуатации деталей. Причины отказа отдельных деталей передач, соединений и т.п. называют критериями работоспособности. Различают следующие основные критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость и точность.
Прочность – способность детали выдерживать приложенные нагрузки без разрушения – является обязательным и важнейшим критерием работоспособности деталей машин. Рассматривается прочность по характеру нагрузок: статическая, усталостная и ударная. Различают следующие виды нагрузок, действующих на детали: постоянные, переменные и ударные.
Предварительные расчеты на прочность обычно выполняют по допускаемым номинальным напряжениям.
Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы под действием сил. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений в пределах, допустимых для конкретных условий работы.
Износостойкость – способность материала деталей оказывать сопротивление изнашиванию. Износостойкость определяется видом трения, смазыванием, режимом трения (жидкостным, полужидкостным, граничным или сухим) и уровнем защиты от загрязнений. Износостойкость актуальна в связи с тем, что 90 % деталей выходят из строя по износу.
Износостойкость деталей существенно уменьшается при коррозии.
Коррозионная стойкость – сопротивление металлов химическому или электрохимическому разрушению поверхностных слоев и коррозионной усталости. Коррозионная стойкость определяется сроком службы машины в коррозионной среде.
Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов, например нержавеющих сталей и пластмасс.
Теплостойкость – способность деталей сохранять работоспособность в машинах с большим выделением тепла в рабочем процессе. Теплостойкость ограничивает работоспособность машин в результате понижения прочности материала при нагреве, снижение защищающей способности масляных пленок и снижения точности в результате температурных деформаций.
Виброустойчивость – сопротивление появлению в машинах вредных динамических нагрузок в виде вынужденных колебаний и автоколебаний (колебаний, вызываемых ими самими, например, при трении, резании и т.п.).
Вибрации вызывают дополнительные напряжения и приводят к усталостному разрушению. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение.
Точность – свойство машины работать в заданных пределах возможных отклонений параметров, например размеров. Точность – один из важнейших показателей качества деталей машин, влияющий на работоспособность и надежность машин и механизмов.
В инженерных расчетах реальные конструкции заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами. При этом расчет становится приближенным. Неточности расчетов на прочность компенсируют за счет запасов прочности. Выбор коэффициентов запасов прочности – ответственный этап расчета.
В процесс проектирования деталей машин встречаются два вида расчета: проектный и проверочный. Проектный расчет – предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции машины в целях определения ее размеров и материала. Проверочный расчет – уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.
Обязательным условием при проектировании новой машины является обеспечение технологичности конструкций.
Технологичность – соответствие изделия требованиям производства и эксплуатации. Цель обеспечения технологичности – повышение производительности труда и качества изделия при максимальном снижении себестоимости.
Важнейшим требованием технологичности является соответствие конструкции типу и условиям производства.