Детали машин принципы  проектирования Расчеты деталей машин на прочность Расчёт червячных передач Пример выполнения курсового проекта Резьбовые соединения Клеммовые соединения Червячные передачи Зубчатая передача

Основные понятия и определения

Детали машин и основы конструирования – это первый из расчетно-конструкторских курсов, в котором рассматриваются основы проектирования и конструирования машин и механизмов.

Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Машина – это устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда.

Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь – это часть машины (механизма), изготавливаемая без сборочных операций.

Различают простые (гайка, шпонка и т.д.) и сложные (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т.д.) детали. Детали частично или полностью объединяются в узлы.

Узел – это законченная сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение.

Различают простые и сложные узлы. Сложные узлы могут включать в себя несколько простых узлов или подузлов. Например, редуктор включает в себя такие простые узлы, как подшипники качения, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т.д. Если рассматривать привод машины в целом, то он включает в себя такие узлы, как электродвигатель, редуктор, приводные муфты, вал рабочей машины и т.д.

Среди деталей и узлов различают детали и узлы, которые используются практически во всех машинах и механизмах и называются деталями (узлами) общего назначения. Данные детали и узлы изучаются в курсе “Детали машин и основы конструирования”. К ним относятся механические передачи (зубчатые, цепные, ременные, волновые, винтовые), подшипники качения и скольжения, валы и оси, приводные муфты, крепежные детали (болты, гайки, шпонки) и т.д.

Остальные детали и узлы, которые применяются в одном или нескольких типах машин, относятся к деталям или узлам специального назначения. Данные детали и узлы изучают в специальных курсах. К ним относятся, например, поршни, лопатки турбин, гребные винты и т.д.

Критерии работоспособности и расчета деталей машин

Совершенство конструкции детали оценивают по ее надежности и экономичности. Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию. Под надежностью понимается свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. При конструировании деталей машин их работоспособность обеспечивается:

– выбором соответствующего материала;

– рациональной конструктивной формой;

– расчетом размеров по одному или нескольким критериям работоспособности (расчет на прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость).

Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей. Различают разрушение деталей вследствие потери:

– статической прочности;

– сопротивления усталости.

Потеря статической прочности происходит при значениях рабочих напряжений, превышающих предел статической прочности материала, например, . Обычно это связано со случайными перегрузками, неучтенными при расчетах, или со срытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т.п.).

Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала, например, предел выносливости материала при симметричном цикле изменения напряжений .

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы деталей под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий эксплуатации. Условия жесткости записываются в виде:

; (1.1)

, (1.2)

где   – прогиб;  – допустимый прогиб, определяемый для валов в зависимости от межпролетного расстояния (расстояния между опор), а для вала-червяка в зависимости от модуля зацепления;  – угол поворота опорного сечения;  – допустимый угол поворота опорного сечения (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема вала

Условие (1.11) используется, например, при расчете на жесткость вала-червяка, а условие (1.2) при установке валов в подшипниках скольжения или роликовых подшипниках качения, практически не допускающих поворота опорных сечений.

Износостойкость. В соответствии с ГОСТ 27674-88, изнашивание – это процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ – это результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Значение износа выражается в единицах длины, объема, массы и т.д.

Формирование изнашиваемой поверхности происходит в результате суммирования различных по интенсивностям и видам элементарных актов разрушения и изменений механических и физико-химических свойств материала под воздействием внешних факторов: среды, температуры, давления, вида трения, скорости скольжения и т.д. Совокупность явлений в процессе трения (табл. 1.1) определяет вид изнашивания (табл. 1.2) и его интенсивность. Вследствие разнообразия материалов деталей пар трения и условий их эксплуатации виды изнашивания разнообразны. Виды изнашивания подразделяются на следующие группы.

Таблица 1.1. Явления и процессы при трении и изнашивании

Термин

Определение

Скачкообразное движение при

трении

Stick-'>slip'> '>motion

Явление чередования относительного скольжения и относительного покоя или чередования увеличения и уменьшения относительной скорости скольжения, возникающее самопроизвольно при трении движения.

Примечание. Примером скачкообразного движения может служить движение, возникающее вследствие автоколебаний при понижении коэффициента трения с увеличением скорости скольжения.

Схватывание

при трении

Схватывание

Adhesion'>in'> friction

Adhesion

Явление местного соединения двух твердых тел, происходящего вследствие действия молекулярных сил при трении.

Перенос материала

Transfer of material

Явление при трении твердых тел, состоящее в том, что материал одного тела соединяется с другими и, отрываясь от первого, остается на поверхности второго

Заедание

Seizure

Процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала

Примечание. Заедание может завершаться прекращением относительного движения

Задир

Scoring

Повреждение поверхности трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения.

Царапание

Scratching

Образование углублений на поверхности трения в направлении скольжения при воздействии выступов твердого тела или твердых частиц.

Отслаивание

Spalling

Отделение с поверхности трения материала в форме чешуек при усталостном изнашивании.

Выкрашивание

Pitting

Образование ямок на поверхности трения в результате отделения частиц материала при усталостном изнашивании.

Приработка

Runnig-in

Процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении силы трения, температуры и интенсивности изнашивания.

 

ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ — первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), когда устанавливаются принципиальные конструктивные и схемные решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ — заключительный этап проектирования (ГОСТ 2.120-73), когда выявляются окончательные технические решения, дающие полное представление об изделии. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ — полный комплект рабочей документации (текстовой и графической ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в которой содержится полная информация о конструкции, изготовлении, эксплуатации и ремонте машины.
Расчеты деталей машин и механизмов