Содержание

Определение понятий: машина, механизм, деталь, сборочная единица, узел, агрегат
Понятия детали и узла (сборочной единицы). Общие сведения о деталях и узлах.
Электронная библиотека
Общие сведения о машинах, механизмах, узлах и деталях. Качество как основной показатель совершенства изделия. Критерии качества.

Определение понятий: машина, механизм, деталь, сборочная единица, узел, агрегат

Система деталей для передачи (преобразования движения одних звеньев в заданные другие) называется механизмом.

Машиной называется механизм, предназначенный для преобразования энергии материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Машины условно классифицируют:

1. Рабочие машины – осуществляют изменение формы, состояния, положения предмета труда.

2. Машины-двигатели – преобразуют энергию в механическую работу.

3. Генераторы – преобразуют механическую работу в энергию.

4. Транспортные машины.

5. Умственные машины – для хранения и сбора информации.

Деталь – простое изделие из однородного материала, изготовленная без применения сборочных операций (болты, винты, гайки, валы).

Сборочная единица – изделие, детали которого подлежат соединению между собой.

Детали и сборочные единицы делятся на группы:

1. Соединительные – резьбовые, заклёпочные, сварные и т. д.

2. Детали, передающие вращательные движения – зубчатые колёса, шкивы, звёздочки.

3. Детали, обслуживающие передачи – валы, муфты, подшипники.

Все детали машин и механизмов делятся на специального (лопатки и диски турбин, рельсы, блоки, крюки) и общего (болты, зубчатые колёса, подшипники, муфты) назначения.

Требования, предъявляемые к машинам:

— надёжность и долговечность;

— простота обслуживания, ухода и управления;

Понятия детали и узла (сборочной единицы). Общие сведения о деталях и узлах.

Машина — механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации.

Агрегат 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.

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.

Сборочные единицы (узлы) и детали делятся на узлы и детали общего и специального назначения.

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.). Именно такие детали изучаются в курсе деталей машин (основы проектирования)

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.). 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).

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

1. 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.

2. Соединительные 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).

3. Передаточные механизмы и детали, предназначенные для передачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (исполнительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.

В курсе «Основы проектирования» 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. В этом случае используются кулачковые и рычажные механизмы.

4. 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).

5. 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).

6. 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 (пылевики, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

7. 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.).

Общие вопросы проектирования и конструирования деталей машин.

Проектирование изделия – разработка комплекта документации, необходимой для его изготовления, наладки и эксплуатации в заданных условиях и в течение заданного срока.

Такой комплект технической документации включает:

1. Комплект конструкторской документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД).

2. Комплект технологической документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСТД).

3. Комплект эксплуатационной документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД). Последний включает формуляры, технические описания, инструкции по эксплуатации, инструкции по техническому обслуживанию, плакаты, макеты и т.п.

4. Комплект ремонтной документации — ремонтные карты, ремонтно-технологические документы и т.п.

При проектировании решаются следующие основные задачи:

1. Обеспечение заданных параметров изделия для работы в заданных условиях.

2. Обеспечение минимальных затрат на производство заданного количества изделий при сохранении заданных эксплуатационных параметров для каждого выпущенного изделия.

3. Сведение к минимуму эксплуатационных затрат при сохранении заданных эксплуатационных параметров изделия.

Процесс проектирования изделия состоит из многих этапов (составление технического задания, расчет, конструирование, изготовление и испытание опытных образцов, разработка технологической документации, разработка эксплуатационной документации и т.п.), одними из главных среди которых являются расчет и конструирование.

Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами.
В инженерной практике встречаются два вида расчета — проектный и проверочный.

Проектный расчет— предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала.
Проверочный расчет— уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.
При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений.

Дата добавления: 2014-12-30 ; просмотров: 205 ; Нарушение авторских прав

Электронная библиотека

Детали машин и основы конструирования – это первый из расчетно-конструк-торских 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. (рис. 1.1)

Рис. 1.1. Детали и узлы общего назначения

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.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Общие сведения о машинах, механизмах, узлах и деталях. Качество как основной показатель совершенства изделия. Критерии качества.

Детали машин.

Лекция 1.

Общие сведения о машинах, механизмах, узлах и деталях. Качество как основной показатель совершенства изделия. Критерии качества.

В материал лекции входит: определение содержания дисциплины “Детали машин”; вводятся понятия механизма, машины, узла и детали, включая классификацию последних; несколько разделов лекции посвящены понятию качества и его критериям (надежности, работоспособности и экономичности).

Задачи курса “Детали машин”.

До 80-х годов XIX столетия наука о машинах не имела четкого разделения и включала все вопросы конструирования, изготовления, эксплуатации. С течением времени и накоплением знаний в области машиностроения курс науки о машинах стал очень обширным, и произошло его разделение на ряд общетехнических и специальных дисциплин.

Первый учебный курс под названием “Детали машин” в России был написан в 1881 году профессором Кирпичевым В. Л. (1845-1913), курсовой проект ввел профессор ЛПИ Стожаров И.А. в 1930 г.

Современное машиностроение имеет очень большое значение для человеческого общества. Машины освобождают людей от тяжелой физической работы, позволяют повысить производительность труда, способствуют улучшению качества продукции и снижению ее стоимости.

Основными тенденциями развития современного машиностроения являются увеличение номенклатуры и числа различных машин; повышение мощности и производительности, технологичности и экономичности, обеспечение потребителю нормальных условий эксплуатации.

“Детали машин” – научная дисциплина, в которой изучаются основы проектирования машин и механизмов.

Таким образом, задачей курса является изучение явлений, происходящих в соединениях деталей машин и передач, оценка методами сопротивления материалов НДС деталей с целью определения их размеров и придания им наиболее рациональной формы.

1.2. Основные определения курса. Классификация механизмов, узлов и деталей.

Машина – это устройство, выполняющее движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения умственного и физического труда человека (автомобиль, трактор, металлорежущий станок, ЭВМ и т. д.).

Привод – устройство, приводящее в движение машину или механизм; состоит из источника энергии (электродвигатель), передаточного механизма (редуктор, коробка передач) и аппаратуры управления (гидравлической, пневматической, механической и др.).

Изделие – любой предмет или набор предметов производства, изготовленный предприятием.

Деталь– это изделие, изготовленное из однородного по наименованию материала без применения сборочных операций (вал, гайка, болт и т. д.).

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, пайкой, опрессовкой и т.д.).

Узел – это сборочная единица, состоящая из деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник, муфта и др.). Узел является составной частью изделия (редуктора, привода и др.).

В машиностроении различают детали и узлы общего назначения (болты, гайки, валы, подшипники, шестерни и т.д.) и специального назначения (штоки, поршни, цилиндры и т.д.).

Курс “Детали машин” включает в себя три раздела:

1). Соединения и детали соединений:

а). Разъемные (можно разбирать и собирать вновь неограниченное число раз без повреждения деталей):

б). Неразъемные (невозможно разобрать без разрушения деталей):

Отдельно рассматривают соединения с натягом поскольку они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

2). Механические передачи:

а). Передачи зацеплением:

б). Передачи трением:

3). Детали, обслуживающие вращательное движение:

— подшипники качения и скольжения;

Качество. Критерии качества.

Качество– это совокупность свойств изделия, определяющих степень его пригодности для использования по назначению.

Система условий, позволяющих оценить степень пригодности, называется критериями качества. С помощью критериев качества решается основная цель проектирования – определение формы, размеров и материала детали.

Все критерии качества делятся на 3 группы:

1). критерии работоспособности;

2). критерии надежности;

3). критерии экономичности.

Критерии экономичности.

Экономичность– минимальная стоимость затрат на проектирование, изготовление и эксплуатацию изделий.

Критериями экономичности являются:

Достижение экономического эффекта за счет совершения большего числа операций в единицу времени (например, с помощью внедрения в процесс производства современного высокопроизводительного оборудования) называют производительностью.

Достижение экономического эффекта за счет повышения КПД (например, путем уменьшения потерь не трение, на перемешивание масла и т.д.) называют энергоемкостью.

Достижение экономического эффекта за счет минимизации массы и габаритов изделия (например, с помощью более рационального выбора материалов, применения стандартных элементов и др.) называют материалоемкостью.

Технологичность – это приспособленность изделия к его изготовлению с помощью передовых технологий.

Унификация и стандартизация – применения наиболее рациональных форм и размеров деталей и узлов (например, замена деталей специального назначения в узле на детали общего назначения).

Достижение экономического эффекта за счет обеспечения положительного психологического климата при работе человека с изделием называют эстетичностью.

Достижение экономического эффекта за счет соответствия машины физиологическим и антропометрическим особенностям человека (например, более удобное расположение рычагов (тумблеров, кнопок) управления, рассчитанное на среднего человека и т.д.), называют эргономичностью.

Достижение экономического эффекта за счет положительного взаимодействия с окружающей средой (например, установка дополнительных очистных агрегатов, безотходное производство и т.д.) называют экологичностью.

Критерии надежности.

Надежность– это свойство изделия выполнять в течение заданного времени свои функции, сохраняя установленные эксплуатационные показатели в заданных пределах.

Основными критериями надежности являются: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Безотказность характеризуется – вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов .

Под вероятностью безотказной работы понимают вероятность того, что в заданном интервале времени не произойдет отказ изделия.

Вероятность безотказной работы определяют по формуле:

где N – первоначальное число изделий; n – число отказавших изделий за время t.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:

Интенсивность отказов — отношение числа n отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий , исправно работающих в данный момент:

Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов:

Пример: По результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий из шт. после наработки 5000 ч. наблюдали отказы шт. изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий:

Долговечность– свойство изделия длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соблюдении норм эксплуатации. Под предельным, понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Долговечность характеризуется — техничеким и гамма-процентным ресурсами.

Технический ресурс – суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, километрах пробега и др.).

Гамма-процентный ресурс – суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах (часто γ=90%).

Наработка – продолжительность или объем работы изделия (в часах, километрах пробега, числах циклов нагружения).

Назначенный ресурс – суммарная наработка, при которой прекращается эксплуатация изделия независимого от его состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние (включает наработку изделия и время простоев).

Ремонтопригодность – это приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Важно при проектировании изделия предусмотреть возможность его ремонта (например, замены вышедших из строя элементов, доступность комплектующих и т.д.).

Сохраняемость – свойства изделий сохранять эксплуатационные показатели на время и после сроков хранения.

Пути повышения надежности:

— обоснованный выбор материала конструкции (т.е. определение физико-механических свойств; вида, размеров и способа получения заготовок);

— уменьшение числа деталей в узлах (за счет использования рациональных конструкторских решений);

— обоснованное назначение размеров (т.к. с увеличением размеров детали растет в объеме детали и количество дефектов (вакансий, дислокаций, раковин));

— тщательный контроль при изготовлении и эксплуатации;

— применение предохранительных устройств и резервирования (дублирование важнейших элементов конструкции (например, наличие двух и более двигателей в самолете)).

— правильный выбор режима работы;

— защита от воздействия внешней среды.

Лекция 2.

Требования к деталям, критерии работоспособности.

В материал лекции входит: понятие работоспособности и ее критериев (прочности, жесткости, износостойкости, теплостойкости, виброустойчивости); понятие взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемость.

Взаимозаменяемостью называется свойство независимо изготовленных с заданной точностью деталей обеспечивать возможность сборки без подгонки сопрягаемых деталей в сборочную единицу, а сборочных единиц – в изделие при соблюдении предъявляемых к ним требований.

При наличии взаимозаменяемости деталей упрощается и удешевляется эксплуатация машин и улучшается качество ремонта.

Взаимозаменяемость деталей машин обеспечивается системой допусков и посадок.

Лекция 3.

Лекция 4.

Сварные соединения.

В материал лекции входит: сварные соединения, их общая характеристика и область применения; основные виды сварных соединений, типы сварных швов, допускаемые напряжения; расчет сварных стыковых соединений.

Общие сведения о сварке.

Сварка – это процесс получения неразъемного соединения, которое образуется за счет сил межатомного взаимодействия материалов путем местного нагрева соединяемых деталей.

Сварные соединения – наиболее распространенный и совершенный тип неразъемных соединений. Сваркой соединяют детали из конструкционных углеродистых и легированных сталей, цветных сплавов и неметаллов. Сварные соединения широко применяют в строительстве (например, сварные конструкции мостов, лестниц и др.), в машиностроении от единичного до массового типов производства (например, при производстве станин, рам, корпусов редукторов, кузовов автомобилей, трубопроводов и др.) и других отраслях промышленности.

Достоинства сварных соединений:

— низкая стоимость изготовления, вследствие малой трудоемкости сварки и простоты конструкции сварного шва (не требуется моделей, форм или штампов);

— низкая металлоемкость (по сравнению с заклепочными соединениями экономия металла 15-20%, с литыми конструкциями — 30%);

— герметичность и плотность соединения;

— возможность автоматизации процесса сварки;

— возможность сварки деталей сложной конфигурации и больших размеров.

Недостатки сварных соединений:

— возможность получения скрытых дефектов сварного шва (трещин, шлаковых включений, раковин и др.);

— трудность контроля качества сварного шва;

— коробление деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки (особенно характерно для тонкостенных деталей);

— низкая прочность при переменных режимах нагружения (сварной шов является сильным концентратором напряжений).

В современном машиностроении используют разнообразные способы сварки. Наиболее широкое распространение получила электрическая сварка – электродуговая и контактная.

При электродуговой сварке металл в зоне соединения доводится до расплавления, а соединение образуется после отвердевания металла. Электродуговая сварка, бывает трех видов:

— автоматическая – высокопроизводительна и экономична, обеспечивает высокое качество сварного шва (используется в массовом и серийном производстве, в конструкциях с длинными швами);

— полуавтоматическая (используется в конструкциях с короткими прерывистыми швами, в серийном производстве);

— ручная – малопроизводительна, качество шва в значительной степени зависит от квалификации сварщика (применяют в единичном и мелкосерийном производстве).

Для защиты расплавленного материала от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолирующую среду, или производят сварку под слоем флюса.

При контактной сварке разогрев происходит при прохождении электрического тока между двумя электродами, сдавливающими соединяемые детали. Металл в зоне соединения доводится не до жидкого (электродуговая сварка), а только до пластичного состояния. Контактная сварка бывает:

— стыковая – соединение образуется за счет сдавливания предварительно нагретых торцов соединяемых деталей;

— точечная – соединение образуется в отдельных точках, к которым подводят электроды сварочной машины, а не по всей поверхности стыка;

— шовная (роликовая) — соединение выполняют с помощью электродов, имеющих форму роликов (шов имеет вид узкой непрерывной ленты, расположенной вдоль стыка деталей).

Лекция 5.

Соединения с натягом.

В материал лекции входит: характеристика соединений с натягом, особенности технологии сборки и область применения. Критерии работоспособности и расчет на прочность.

Общие сведения.

Соединение двух деталей можно осуществить без применения болтов, шпонок, сварных швов и т.д., для этого достаточно при сборке запрессовать одну деталь в другую (рис. 5.1.). При этом диаметр охватываемой детали (вала) делают больше, чем диаметр отверстия охватывающей детали (втулки).

Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия: (измеряется в мкм). В месте соединения детали упруго деформируются — диаметр посадочных (контактирующих) поверхностей становится общим , на поверхностях деталей возникает контактное давление и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать вращающий момент, осевую силу и изгибающий момент.

Нагрузочная способность соединения зависит от величины натяга, который в свою очередь зависит от величины нагрузки.

С помощью натяга можно осуществлять сборку не только цилиндрических деталей, но и призматических и конических.

Соединения с натягом применяют для установки на валы и оси зубчатых колес, шкивов, звездочек, маховиков, подшипников качения и т.д., используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес и др.

Соединения деталей с натягом относят к неразъемным соединениям условно, т.к. они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

Достоинства соединений с натягом:

— хорошее восприятие больших статических и динамических нагрузок;

— хорошее центрирование соединяемых деталей;

— возможность разборки соединений (ограниченно).

Недостатки соединений с натягом:

— возможность уменьшения натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке), а вследствие этого – требование повышенной точности изготовления посадочных поверхностей (например, пониженная шероховатость);

— высокая концентрация напряжений у краев отверстия втулки.

По способу сборки различают соединения с натягом выполненные:

— температурным деформированием (нагревом втулки либо охлаждением вала).

Прессование – достаточно распространенный и несложный способ сборки, выполняемый на прессах; однако, у данного метода есть недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей (а, следовательно, уменьшение натяга), возникновение неравномерных деформаций деталей по длине контакта и повреждений их торцов. Срезание и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до 1,5 раз по сравнению с соединением выполненным температурным деформированием.

Сборку температурным деформированием выполняют с предварительным нагревом охватывающей (втулки) или с охлаждением охватываемой детали (вала). Температура нагрева должна быть ниже температуры низкого отпуска, чтобы не происходило структурных изменений в металле, т.е. изменений физико-механических свойств материала (для сталей — , для бронз — ). Для охлаждения вала используют твердую углекислоту или жидкий воздух ).

Лекция 6.

Шпоночные соединения.

Шпоночные соединения служат для передачи вращающего момента от вала к установленным на нем деталям (зубчатым колесам, шкивам, муфтам и т. д.) или наоборот.

Шпоночные соединения осуществляются с помощью призматических деталей — шпонок, которые устанавливаются в пазах вала и ступицы детали (см. рис. 6.1). Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием (дисковой – открытый паз или пальцевой фрезами – глухой паз (рис. 6.5)), а в ступицах — протягиванием или долблением (соответственно долбяком или одношлицевой протяжкой).

Шлицевые соединения.

Для соединения ступицы с валом помимо шпонок и натяга часто используют выступы на валу, называемые шлицами (зубьями), которые входят в соответствующие пазы ступицы. Такое соединение ступицы с валом называется шлицевым или зубчатым и предназначено для передачи вращающего момента между валом и деталью. Шлицевые соединения относятся к разъемным; размеры соединений, а также допуски на них стандартизованы.

Зубья (шлицы) на валах получают фрезерованием, строганием или накатыванием, зубья в отверстиях — протягиванием или долблением.

Расчет шлицевых соединений.

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивление рабочих поверхностей смятию и изнашиванию.

Изнашивание боковых поверхностей зубьев обусловлено микроперемещениями (взаимным относительным скольжением) деталей соединения при действии изгибающего и вращающего моментов или несовпадения осей вращения (из-за наличия зазоров, погрешностей изготовления и монтажа).

Пути повышения износостойкости:

— увеличение твердости контактирующих поверхностей;

— применение соответствующей смазки.

Число и размеры поперечного сечения шлицев принимают в зависимости от диаметра вала по соответствующему ГОСТу. Длина шлицев определяется длиной ступицы, а если ступица подвижная, то ходом ее перемещения.

Упрощенный (приближенный) расчет шлицевых соединений по критерию смятияявляется основным для шлицевых соединений (обычно проводится как проверочный). При приближенном расчете предполагают, что напряжения смятия на рабочих поверхностях распределены равномерно, см. рис. 6.10:

где — расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения), Н·м; – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между выступами (зависит от точности изготовления), ; — средний диаметр соединения, мм; — число зубьев; — рабочая высота выступа, мм; — длина соединения, мм; — допускаемые напряжения смятия, МПа.

Для прямобочного профиля:

; ,

где — наружный диаметр зубьев вала; — внутренний диаметр ступицы; — размер фаски.

Для эвольвентного профиля:

; ,

где — модуль зубьев соединения.

Для зубьев треугольного профиля:

; .

Если расчетное напряжение превышает допускаемое более, чем на 5%, то увеличивают длину ступицы, изменяют размеры, термообработку и повторяют проверочный расчет.

Неточности расчета (из-за принятых допущений) компенсируют выбором допускаемых напряжений смятия , установленных с учетом опыта эксплуатации. Допускаемое напряжение на смятие шлицевого соединения принимают: МПа, причем большие значения применяют при тяжелых условиях эксплуатации (знакопеременной нагрузке, отсутствии смазки и т.д.).

Лекция 7.

Резьбовые соединения.

В материал лекции входит: резьбовые соединения, классификация резьб. Основные геометрические параметры резьб. Соотношение сил в винтовой паре. Условие самоторможения. КПД винтовой пары.

Резьбовые соединения являются наиболее распространенными разборными соединениями используемыми в машиностроении (болты, винты, шпильки, гайки и т. д.). Резьбовое соединение образуют две детали: у одной из которых на наружной, а у другой на внутренней поверхности выполнены расположенные по винтовой линии выступы – соответственно наружная и внутренняя резьбы.

Резьба– чередующиеся выступы и впадины, расположенные по винтовой линии на телах вращения, для соединения, уплотнения деталей или обеспечения перемещений одной детали по другой.

Достоинства резьбовых соединений:

— обеспечивают возможность многократной сборки – разборки.

— высокая степень унификации и стандартизации.

— возможность создания больших осевых усилий.

— возможность самоторможения (исключает саморазвинчивание).

Недостатки резьбовых соединений:

— высокая концентрация напряжений в витках резьбы и как следствие этого – плохое восприятие вибраций (циклических нагрузок).

Винтовая линия.

Винтовая линия – линия, образованная на боковой поверхности прямого кругового цилиндра точкой, перемещающейся таким образом, что отношение между ее осевым перемещение а и соответствующим угловым перемещением постоянно, но не равно нулю или бесконечности.

Рис. 10.1. Параметры винтовой линии.

Осевое перемещение , при условии ,

где k — коэффициент пропорциональности.

Осевое перемещение, соответствующее полному обороту , называют шагом или ходом винтовой линии.

Угол подъема винтовой линии: ,

где d — диаметр окружности основания цилиндра.

При перемещении по боковой поверхности цилиндра нескольких точек, равномерно расположенных по окружности основания, получают несколько (n) винтовых линий.

Представим теперь, что по винтовой линии перемещают контур какой-либо фигуры (треугольника, трапеции), лежащей в плоскости, проходящей через ось цилиндра. Каждая точка контура, выступающая над поверхностью цилиндра, при этом описывает линию с одинаковым шагом – формирует винтовую поверхность витка резьбы соответствующего профиля.

Метрическая резьба.

Основные параметры метрической резьбы.

Рис. 10.4. Основные параметры метрической резьбы.

d — наружный диаметр наружной резьбы (номинальный диаметр резьбы);

— внутренний диаметр наружной резьбы;

— средний диаметр (ширина впадины равна ширине выступа);

— внутренний диаметр наружной резьбы по впадине;

— угол профиля резьбы;

— шаг резьбы, т.е. расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы;

— ход резьбы, т.е. расстояние между одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении (для однозаходной резьбы ; для многозаходной , где z – число заходов);

— теоретическая высота профиля;

— рабочая высота профиля;

, и — соответственно наружный, внутренний и средний диаметры внутренней резьбы;

— угол подъема резьбы (винтовой линии).

Угол подъема резьбы определяют на среднем диаметре (угол подъема больше на меньшем диаметре):

Резьба одного номинального диаметра может иметь разные шаги (крупный и мелкий). Меньшему шагу соответствует больший внутренний диаметр . Для крепежных деталей желательно применять резьбы с крупным шагом. Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь, их отличает повышенное самоторможение, т.к. при малом шаге угол подъема мал (пример обозначения резьбы с мелким шагом: ). Мелкие резьбы применяют в резьбовых соединениях, подверженных действию переменных нагрузок, а также в тонкостенных и мелких деталях.

КПД винтовой пары.

Определяют отношением полезной работы на винте к затраченной работе за один оборот винта или гайки.

;

Для крепежных резьб понятие КПД не имеет смысла, а для резьбовой пары передачи винт-гайка стремятся получить высокие значения КПД.

Методы повышения КПД винтовой пары:

— КПД возрастает с увеличением угла подъема резьбы , для этого применяют многозаходную резьбу;

— КПД возрастает с уменьшением приведенного угла трения , для этого применяют резьбы с малым углом наклона рабочей грани профиля и снижают коэффициент трения f (используют смазочный материал, используют для деталей пары антифрикционные материалы (бронза и др.)).

Лекция 11.

Резьбовые соединения.

В материал лекции входит: расчет одноболтового соединения при различных случаях нагружения: ненапряженное болтовое соединение; болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке; болт с эксцентричной головкой; болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей.

Расчет резьбы на прочность.

Под действие осевой силы (силы затяжки) в стержне винта возникают напряжения растяжения, в теле гайки – сжатия, в витках резьбы – смятия, среза.

Чаще всего разрушение винта происходит по первому или второму витку, считая от опорного торца гайки; реже – в области сбега резьбы и в подголовочном сечении; для мелких резьб возможен срез витков.

Определим напряженное состояние элементов резьбы (см. рис. 11.1.):

1). Смятие кольцевой поверхности АВ.

где — нагрузка на первый виток; q – интенсивность нагрузки;

— площадь до смятия.

;

2). Изгиб витка, как консольной балки.

;

3). Срез по цилиндрической поверхности АС.

4). Разрыв стержня винта по внутреннему диаметру.

где — напряжение разрыва;

А – плошадь поперечного сечения.

Резьба должна быть спроектирована таким образом, чтобы все виды разрушения были равновероятны, при этом обеспечивается равнопрочность резьбы по всем параметрам. Равнопрочность резьбы и стержня болта является одним из условий назначения высоты стандартной детали.

Стандартные высоты гаек и глубины завинчивания исключают необходимость расчета на прочность резьбы стандартных крепежных деталей.

— стандартных: ;

— высоких: ;

— низких: ,

где d – номинальный диаметр резьбы.

Лекция 10.

Механические передачи.

В материал лекции входит: общие сведения о механических передачах; зубчатые передачи; их достоинства и недостатки, классификация и область применения; материалы зубчатых передач; геометрия прямозубых цилиндрических колес.

Зубатые передачи.

Материалы зубчатых колес.

Выбор материала зубчатых колес зависит от:

Основными материалами зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали, так как они по сравнению с другими материалами лучше обеспечивают контактную прочность и прочность зубьев на изгиб.

В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев различают стальные зубчатые колеса:

1). твердостью . Чистовое нарезание зубьев производят после термообработки (нормализации, улучшения). При этом получают довольно высокую точность изготовления зубьев без применения отделочных операций (шлифовки, притирки и т.д.). Стальные зубья твердостью хорошо прирабатываются и воспринимают динамические нагрузки. Для выравнивания долговечности колес и лучшей прирабатываемости твердость зубьев шестерни принимают больше твердости зубьев колеса:

— для прямозубых передач

— для косозубых передач ,

где – твердость зубьев шестерни по Бринеллю; — твердость зубьев колеса.

Зубчатые колеса твердостью применяют в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена (в основном в мелкосерийном и единичном производстве).

Зубчатые колеса обычно изготавливают из качественных углеродистых сталей 35, 40, 45, 50 и легированных сталей 35Х, 40Х, 40ХН и др.

2). твердостью (в этом случае используют шкалу Роквелла , ). Стальные зубья твердостью плохо прирабатываются и нуждаются в высокой точности изготовления. Нарезание зубьев производят до термической обработки (вследствие высокой твердости заготовок после ТО (закалки ТВЧ, цементирования, азотирования, нитроцементации)). Причем некоторые виды термообработки вызывают коробление зубьев, поэтому для исправления формы зубьев применяют отделочные операции. При твердости колес не требуется обеспечивать разность твердости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса.