Основные понятия технической механики

Основные сведения о механизмах и машинах

Механизмом называется совокупность связанных между собой тел, которые могут совершать определенные движения. Механизм служит для передачи или преобразования движения.

Машина — это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии (машины-двигатели), производства работы (машины-орудия) или для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации (кибернетические и другие машины).

Хотя всякая машина состоит из одного или нескольких механизмов, не всякий механизм является машиной. Так, например, часы — это не машина, а довольно сложный механизм.

Работа механизма или машины обязательно сопровождается тем или иным движением ее органов. Это основной фактор, отличающий механизмы и машины от сооружений — мостов, эстакад и т. д.

Простейшей частью механизма является звено. Звено — это одно тело или сочетание тел с неизменным положением относительно друг друга.

Два звена, соединенные между собой и допускающие относительное движение, называются кинематической парой. Кинематические пары бывают низшими и высшими. Звенья низших пар соприкасаются по поверхностям (поступательные, вращательные и винтовые пары); звенья высших пар соприкасаются по линиям и точкам (зубчатые пары, подшипники качения). Кинематические пары могут быть плоскими и пространственными.

Совокупность кинематических пар называется кинематической цепью.

Механизм получается из кинематической цепи путем закрепления одного из звеньев. Это неподвижное звено называется станиной или стойкой.

Звено, которому извне сообщается определенное движение, называется ведущим. Остальные подвижные звенья называются ведомыми.

Различные звенья и кинематические пары механизмов имеют свои условные обозначения по ГОСТу, которые применяются в литературе, схемах и т. п.

Наука, изучающая механизмы и машины и применяющая к ним законы теоретической механики, называется теорией механизмов и машин.

Машины и их основные элементы

Тема: Механизм и машина. Классификация машин.

Тема: Критерии работоспособности деталей машин. Контактная прочность деталей машин

Машины и их основные элементы

Человек создал машины для производства различных видов ра­бот или преобразования энергии. Современные машины обеспечи­вают резкое повышение производительности труда человека. На­пример, человек в течение длительного времени может развивать мощность не более 0,1 кВт, а мощность машин-преобразователей энергии (электрических генераторов) достигает 1200 МВт.

Любая машина состоит из двигательного, передаточного и испол­нительного механизмов. Например, у металлорежущего станка дви­гательным механизмом является электромотор, а у автомобиля -двигатель внутреннего сгорания; исполнительным механизмом (его также называют рабочим органом) у токарного станка является суппорт с режущим инструментом, а у автомобиля — колеса. Пере­даточные механизмы преобразовывают и передают движение от двигателя к рабочим органам. Так, в токарном станке движение от электродвигателя к суппорту, т.е. исполнительному механиз­му, передается через ременную передачу, коробку скоростей, ко­робку подач, ходовой винт и ряд зубчатых кинематических пар. В автомобиле функцию передаточных механизмов выполняют коробка скоростей и карданный вал. Таким образом, механизм—это внутреннее устройство машины, приводящее ее в действие.

Детали машин — это составные части машин и механизмов, каж­дая из которых изготовлена без применения сборки(например, вал, шестерня, болт, шплинт, ходовой винт станка, гайка). Число де­талей в сложных машинах может измеряться десятками и сотнями тысяч. Например, в автомобиле более 15 тысяч деталей, в авто­матизированных комплексах прокатного оборудования — более миллиона.

В машине можно выделить совокупность совместно работаю­щих деталей, которые представляют собой конструктивно обособ­ленные единицы, объединенные одним назначением; эти сбороч­ные единицы называют узлами. Узлы одной машины можно изготавливать на разных заводах. Примерами таких узлов являются муфты, редукторы, электрошпиндели, шарикоподшипники.

Две подвижно соединенные детали образуют кинематическую пару. На рис.1.1 представлены соответственно низшие (а — враща­тельная; б — поступательная; в — винтовая) и высшая (г — зубчатая) кинематические пары.

Тела, образующие кинематическую пару, называются звеньями. Совокупность звеньев подвижно соеди­ненных кинематических пар называется ки­нематической цепью.

На рис. 2 представ­лены кине-матические цепи, состоящие из пары зубчатых колес (рис. 2, а), а также цилиндрических, конической и червячной пар (рис. 2, б). Если в кинематической

Рис.1 цепи одно звено закреплено, то она

является механизмом (рис.3).

В машиностроении при вычерчивании различных кинематиче­ских пар приняты условные обозначения, утвержденные ГОСТом 2.770-68*

Основные критерии работоспособности и

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.