Детали машин

Детали машин и механизмов — основные положения

Задачи раздела «Детали машин»

Курс учебной дисциплины «Детали машин» рассматривает основы расчета и конструирования деталей, узлов и агрегатов, встречающихся в различных машинах и механизмах.
Учебными программами среднего профессионального образования предмет «Детали машин» рассматриваются и изучаются, как раздел учебной дисциплины «Техническая механика», куда входят, также, «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов». В технических и строительных ВУЗах эти предметы изучаются более углубленно и преподаются как самостоятельные учебные дисциплины.

Детали машин должны удовлетворять двум основным условиям: надежности и экономичности. Под экономичностью понимают минимально необходимую стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации.

Понятия и определения раздела «Детали машин»

Предмет «Детали машин» оперирует следующими основными понятиями и определениями:

Машина (от латинского machina) — механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации. Основное назначение машин — частичная или полная замена производственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энергетические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego — присоединяю) — укрупненный унифицированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топливоподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм — искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел. Примерами механизмов могут служить различные редукторы, коробки передач автомобилей, тракторов и т. п.

Прибор — устройство, предназначенное для измерений, производственного контроля, управления, регулирования и других функций, связанных с получением, преобразованием и передачей информации.

Сборочная единица (узел) — изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собираются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии).
Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь — наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла, т. е. деталь — это часть машины, которую изготовляют без сборочных операций.

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные.
Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологических операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия — болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.).

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве современных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шайбы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Их изготовляют ежегодно в больших количествах (в одном легковом автомобиле более пяти тысяч различных типов деталей, более тридцати подшипников), поэтому знание основных методов расчета, правил и норм проектирования, подтвержденных статистикой эксплуатации, очень важно для конструкторской подготовки.
Именно такие детали изучаются в курсе деталей машин.

Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изготовлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и приборов (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответствующих специальных курсах (например, таких как «Теория и конструкция ДВС», «Конструкция и расчет гусеничных машин» и др.).

Классификация узлов и деталей по назначению

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

Корпусные детали , предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприятных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

Соединительные детали для разъемного и неразъемного соединения (например, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

Передаточные механизмы и детали , предназначенные для передачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (исполнительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.
В курсе «Детали машин» рассматриваются в основном передачи вращательного движения: фрикционные, зубчатые, ременные, цепные и т.п. Эти передачи содержат большое число деталей вращения: валы, шкивы, зубчатые колеса и т.п.
Иногда возникает необходимость передавать энергию и движение с преобразованием последнего, например, вращательного в поступательное и наоборот. В таких случаях используются кулачковые, реечные и рычажные механизмы.

Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибрации или для накопления энергии с целью последующего совершения механической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

Инерционные детали и элементы предназначены для предотвращения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движениях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (маховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внутренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пыльники, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

Детали и узлы регулирования и управления предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, являются требования работоспособности и надежности.
К деталям, непосредственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности.
Еще одно важное требование, предъявляемое к машинам и их деталям – технологичность конструкции, которая характеризуется наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте.

Объекты изучения раздела «Детали машин»

Предмет Детали машин изучает следующие объекты и составляющие звенья конструкций:

Соединения и детали соединений .
Соединения разделяют на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения допускают многократную переборку. Их основные типы: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые, на закрепительных конических втулках.
Неразъемные соединения не допускают многократной переборки. Для разборки такого соединения его нужно разрушить. Основные типы: сварные, клеевые, паяные, заклепочные, соединения с натягом. Последние относят к неразъемным условно, так как они позволяют проводить сборку и разборку, но не многократно.

Детали передач. В курсе рассматривают механические передачи: зубчатые, планетарные, волновые, червячные, фрикционные, ременные, цепные, винт-гайка и некоторые другие.

Детали, обслуживающие вращательное движение – валы и оси, подшипники качения и скольжения, муфты приводов.

При изучении каждого из объектов рассматривается:

• Назначение объекта (передачи, муфты, соединения).
• Описание конструкции и принципа действия (работы).
• Области применения.
• Сравнительные достоинства и недостатки.
• Условия работы и действующие нагрузки.
• Характер и причины отказа – критерии работоспособности.
• Применяемые материалы и сведения о технологии изготовления.
• Методы расчета и конструирования (составление расчетной схемы; проектировочный и (или) проверочный расчет по основным критериям работоспособности; рекомендации по конструированию).
• Направления совершенствования конструкции и методов расчета.

При выполнении курсового проекта дополнительно изучают проектирование корпусных деталей (корпусов, рам, плит), деталей смазывающих устройств, упругих элементов и др.

Из чего состоит автомобиль?

Автомобиль является технически сложным устройством, состоящим из большого количества деталей, узлов и механизмов. Разбираться в них обязан каждый уважающий себя автовладелец, даже не для того, чтобы уметь самостоятельно устранить любую неисправность, которая может возникнуть в дороге, а просто для понимания принципа работы своей машины, и умения на понятном специалисту языке объяснить суть возникших проблем. Для этого необходимо знать хотя бы азы, из каких основных частей состоит авто, и как называются правильно каждая деталь.

Кузов авто

Основой любой машины является её кузов, представляющий собой корпус автомобиля, в котором размещаются водитель, пассажиры и грузы. Именно в кузове располагаются и все остальные элементы авто. Одно из главных его назначений – это защита находящихся в нём людей и грузов от воздействия внешней среды.

Обычно кузов крепится на раме, но встречаются авто и с безрамной конструкцией, и тогда кузов одновременно выполняет функции рамы. Конструкция кузова автомобиля бывает:

• однообъёмная, когда в одном объёме располагаются моторный, пассажирский и грузовой отсек (примером могут служить минивэны или фургоны);
• двухобъёмная, в котором предусмотрен моторный отсек, а места для пассажиров и груза объединены в одном объёме (универсалы, хэтчбеки, кроссоверы и внедорожники);
• трёхобъёмная, где предусмотрены отдельные отсеки для каждой части кузова автомобиля – грузовой, пассажирской и моторной (пикапы, седаны и купе).

В зависимости от характера нагрузки кузов может иметь три типа:

Кстати, хотим напомнить, что для автомобилей и не только вы можете недорого покупать интересные вещи на Алиэкспресс.

Большинство современных легковых автомобилей имеет несущую конструкцию, которая воспринимает все действующие на машину нагрузки. Общее устройство кузова легкового автомобиля предусматривает наличие следующих основных элементов:

• лонжеронов, представляющих собой несущие балки в форме прямоугольной профильной трубы, они бывают передние, задние и лонжероны крыши;

Кузовная несущая система. Данная система позволяет понизить массу автомобиля, снизить центр тяжести, а значит, повысить устойчивость при движении

• стоек – элементов конструкции, поддерживающих крышу (передние, задние и средние);
• балок и поперечин, которые бывают у крыши, лонжеронов, под опорами двигателя, и каждым рядом сидений, имеется также передняя поперечина и поперечина радиатора;
• порогов и пола;
• надколёсных ниш.

Автомобильный двигатель, его виды

Сердцем авто, его главным узлом является двигатель. Именно эта часть автомобиля создаёт крутящий момент, который передаётся на колёса, заставляя машину перемещаться в пространстве. Сегодня существуют следующие основные виды автодвигателей:

• ДВС или двигатель внутреннего сгорания, который для получения механической энергии использует энергию сжигаемого в его цилиндрах топлива;
• электродвигатель, работающий от электрической энергии аккумуляторных батарей или водородных элементов (автомобили на водородных элементах сегодня уже имеются у большинства ведущих автостроительных компаний как опытные образцы и даже имеются в мелкосерийном производстве);
• гибридные двигатели, соединяющие в одном агрегате электродвигатель и ДВС, соединительным звеном между которыми выступает генератор.

Он являет собой комплекс механизмов, которые преобразуют тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую

По типу сжигаемого топлива все ДВС делятся на следующие разновидности:

• бензиновые;
• дизельные;
• газовые;
• водородные, в которых топливом выступает жидкий водород (устанавливаются лишь на опытных моделях).

По конструкции ДВС бывают:

Трансмиссия

Главное назначение трансмиссии состоит передаче крутящего момент от коленчатого вала двигателя на колёса. Элементы, из которых она состоит, носят такие названия:

• Сцепление, представляющее собой два фрикционных диска, прижатых друг к другу, которые соединяют коленвал двигателя с валом редуктора. Это соединение валов двух механизмов выполнено разъёмным, чтобы, отжимая диски, можно было разорвать связь двигателя и редуктора, для переключения передачи и изменения скорости вращения колёс.

Это силовая передача, осуществляющая взаимосвязь двигателя с ведущими колесами автомобиля

• Коробка передач (или редуктор). Этот узел служит для изменения скорости и направления движения авто.
• Карданная передача, представляющая собой вал с шарнирными соединениями на концах, служащий для передачи крутящего момента задним приводным колёсам. Она используется только в заднеприводных и полноприводных машинах.
• Главная передача, расположенная на приводном мосту автомобиля. Она передаёт крутящий момент от карданного вала полуосям, изменяя направление вращения на 90о.
• Дифференциал – это механизм, служащий для обеспечения разных скоростей вращения правого и левого приводных колёс при поворотах автомобиля.
• Приводные валы или полуоси – элементы, передающие вращение колесам.

В полноприводных машинах имеется раздаточная коробка, распределяющая вращение на обе оси.

Ходовая часть

Комплекс механизмов и деталей, служащих для перемещения автомобиля и погашения, возникающих при этом вибраций и колебаний, называется ходовой частью. К ходовой части относятся:

• рама, к которой крепятся все остальные элементы ходовой части (в безрамных машинах для их крепления используются элементы кузова автомобиля);

Ходовая часть – это комплекс устройств, при взаимодействии которых осуществляется перемещение автомобиля по дороге

• колёса, состоящие из дисков и шин;
• передняя и задняя подвеска, которая служит для гашения колебаний, возникающих во время движения, и бывает рессорная, пневматическая, пружинная или торсионная, в зависимости от применяемых демпфирующих элементов;
• балок мостов, служащих для установки полуосей и дифференциалов, они имеются только в авто с зависимой подвеской.

Большинство современных легковых автомашин имеют независимую подвеску, и балки мостов у них отсутствуют.

Рулевое управление

Для нормального перемещения на автомобиле водителю необходимо совершать повороты, развороты или объезды, то есть отклоняться от прямолинейного движения, или просто контролировать свою машину, чтобы её не увело в сторону. Для этого в её конструкции предусмотрено рулевое управление. Это один из самых простых механизмов в автомобиле. Как называется часть элементов, рассмотрим ниже. Рулевое управление состоит из:

• руля с рулевой колонкой, так называется обычный вал, на котором жёстко насажено рулевое колесо;

Эти устройства состоят из рулевого управления, которое связано с передними колесами рулевым приводом и тормозами

• рулевого механизма, состоящего из зубчатой рейки и шестерни, насаженной на вал рулевой колонки, он преобразовывает вращательное движение рулевого колеса в поступательное перемещение рейки в горизонтальной плоскости;
• рулевого привода, передающего воздействие от рейки рулевого механизма колёсам, для их поворота, и включающего в себя боковые тяги, маятниковый рычаг и поворотные рычаги колёс.

В современных авто используется дополнительный элемент – усилитель руля, позволяющий водителю прилагать меньшее усилие для обеспечения поворота рулевого колеса. Он бывает следующих видов:

• механический;
• пневмоусилитель;
• гидравлический;
• электрический;
• комбинированный электрогидроусилитель.

Тормозная система

Важной частью машины, обеспечивающей безопасность управления, является тормозная система. Главное её назначение состоит в том, чтобы принудительно остановить движущееся транспортное средство. Она также используется, когда необходимо резко сбросить скорость движения авто.

Тормозная система бывает следующих видов по типу привода:

• механическая;
• гидравлическая;
• пневматическая;
• комбинированная.

На современных легковых авто устанавливается тормозная система с гидроприводом, которая состоит из следующих элементов:

• педали тормоза;
• главного гидроцилиндра тормозной системы;
• заправочного бачка главного цилиндра, для заправки тормозной жидкости;
• вакуумного усилителя, имеющегося не во всех моделях;
• системы трубопроводов для переднего и заднего тормоза;
• тормозных цилиндров колёс;
• тормозных колодок, прижимаемых колесными цилиндрами к ободу колеса при торможении транспортного средства.

Тормозные колодки бывают дисковые или барабанные и имеют возвратную пружину, которая отжимает их от обода колёс при завершении процесса торможения.

Электрооборудование

Одна из наиболее сложных систем легковых авто с множеством самых разных элементов и соединяющих их проводов, опутывающих весь корпус автомобиля, – это электрооборудование, которое служит для обеспечения электроэнергией всех электротехнических устройств и электронной системы. Электрооборудование включает в себя следующие устройства и системы:

• аккумуляторную батарею;
• генератор;
• систему зажигания;
• световую оптику и систему освещения салона;
• приводы электродвигателей вентиляторов, стеклоочистителей, стеклоподъёмников и других устройств;
• обогрев стёкол и салона;
• всю электронику автоматической коробки передач, бортового компьютера и защитных систем (ABS, SRS), управления двигателем и других;
• гидроусилитель руля;
• противоугонную сигнализацию;
• звуковой сигнал.

Это неполный перечень устройств, входящих в электрооборудование авто и потребляющих электроэнергию.

Устройство кузова автомобиля и всех его составных частей необходимо знать каждому водителю, чтобы поддерживать машину всегда в исправном состоянии.