Основні поняття деталей машин. Деталі машин: поняття та їх характеристика Значення передавальних механізмів в машинобудуванні
Основні поняття і визначення курсу
Визначимо базові поняття в самому початку роботи для систематизації навчального матеріалу і щоб уникнути двозначного тлумачення.
Розташуємо поняття за ступенем складності.
У стандарті ГОСТ 15467-79 ПРОДУКЦІЯ - результат діяльності або процесів. Продукція може містити послуги, обладнання, матеріали, що переробляються, програмне забезпечення або комбінацію з них.
Згідно ГОСТ 15895-77, ИЗДЕЛИЕє одиницею промислової продукції. ИЗДЕЛИЕ - будь-який предмет або набір предметів виробництва, виготовлений підприємством. Під виробом розуміють будь-яку продукцію, виготовлену по конструкторської документації. Видами виробів є деталі, комплекти, вузли, механізми, агрегати, машини і комплекси. Вироби, в залежності від наявності абовідсутності в них складових частин, Діляться: 1) на неспеціфіцірованние (Деталі) - не мають складових частин; 2) на специфіковані(Складальні одиниці, комплекси, комплекти) - складаються з двох ібільше складових частин. Складовими частинами машини є: деталь,складальна одиниця (Вузол), комплекс і комплект.
ДЕТАЛІ МАШИН - наукова дисципліна, що займається вивченням, проектуванням і розрахунком деталей машин і вузлів загального призначення. Механізми і машини складаються з деталей. Зустрічаються майже у всіх машинах болти, вали, зубчасті колеса, підшипники, муфти називають вузлами і деталями загального призначення.
ДЕТАЛЬ – (франц.detail - шматочок) - виріб, виготовлений з однорідного по найменуванню і марці матеріалу без застосування складальних операцій (ГОСТ 2.101-68). Наприклад, валик з одного шматка металу; литий корпус; пластина з біметалічного листа і т. д. Деталі можуть бути простими (гайка, шпонка і т. п.) або складними (колінчастий вал, корпус редуктора, станина верстата і т. п.).
Серед великої різноманітності деталей і вузлів машин виділяють такі, які застосовують майже у всіх машинах (болти, вали, муфти, механічні передачі і т.п.). Ці деталі (вузли) називають деталями загального призначення і вивчають в курсі "Деталі машин". Всі інші деталі (поршні, лопатки турбін, гребні гвинти і т.п.) відносяться до деталей спеціального призначення і вивчаються в спеціальних курсах. деталі загального призначеннязастосовують в машинобудуванні в дуже великих кількостях. Тому будь-яке вдосконалення методів розрахунку і конструцкіі цих деталей, що дозволяє зменшити витрати матеріалу, знизити вартість виробництва, підвищити довговічність, п \u200b\u200bРинос великий економічний ефект.
складальних одиниць - виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню на підприємстві-виробнику за допомогою складальних операцій (згвинчуванням, зчленуванням, пайкою, опресування і т. П.), (ГОСТ 2.101-68).
ВУЗОЛ - закінчена складальна одиниця, що складається з деталей загального функціонального призначення і виконує певну функцію у виробах одного призначення тільки спільно з іншими складовими частинами вироби (муфти, підшипники кочення і ін.). Складні вузли можуть включати декілька простих вузлів (подсистемами); наприклад, редуктор включає підшипники, вали з насадженими на них зубчастими колесами і т.п.
КОМПЛЕКТ (Ремкомплект) - це набір окремих деталей, що служить для здійснення таких операції як збірка, свердління, фрезерування або для ремонту певних вузлів машин. Наприклад, набір накладних або торцевих ключів, викруток, свердел, фрез або ремкомплект карбюратора, паливного насоса і так далі.
МЕХАНІЗМ- система рухомо з'єднаних деталей, призначена для перетворення руху одного або декількох тіл в доцільні руху інших тіл (наприклад, кривошипно-повзуни механізм, механічні передачі і т. П.).
За функціональним призначенням механізми машин зазвичай діляться на наступні види:
Передавальні механізми;
Виконавчі механізми;
Механізми управління, контролю і регулювання;
Механізми подачі, транспортування і сортування.
ЗВЕНО - група деталей, утворює рухливу або нерухому відносно один одного механічну систему тіл.
Ланка, прийняте за нерухоме, називається стійкою.
вхідним ланкою називають ланка, якому повідомляється рух, що перетворюється механізмом в руху інших ланок.
вихідним ланкою називають ланка, яка вчиняє рух, для виконання якого призначений механізм.
Між вхідним і вихідним ланками можуть бути розташовані проміжні ланки.
У кожній парі спільно працюють ланок в напрямку силового потоку розрізняють провідне і ведене ланки.
У сучасному машинобудуванні широке застосування отримали механізми, до складу яких входять пружні (Пружини, мембрани і ін.) І гнучкі (Ремені, ланцюги, канати та ін.) Ланки.
кинематической парою називають з'єднання двох дотичних ланок, що допускає їх відносний рух. Поверхні, лінії, точки ланки, за якими воно може стикатися з іншою ланкою, утворюючи кінематичну пару, називаються елементами кінематичної пари. За функціональною ознакою кінематичні пари можуть бути обертальними, поступальними, гвинтовими і т.д.
Пов'язана система ланок, що утворюють між собою кінематичні пари, називається кінематичної ланцюгом . Таким чином, в основі будь-якого механізму лежить кінематична ланцюг.
АПАРАТ – (лат.apparatus - частина) Прилад, технічний пристрій, пристосування, зазвичай якась автономно-функціональна частина більш складної системи.
АГРЕГАТ – (лат.aggrego - приєднувати) Уніфікований функціональний вузол, що володіє повною взаємозамінністю.
ПРИВІД - пристрій, за допомогою якого здійснюється рух робочих органів машин. В ТММ застосовується адекватний термін - машинний агрегат.
МАШИНА– (грец. "М ахінею" - величезна, грізна) Система деталей, що здійснює механічний рух для перетворення енергії, матеріалів або інформації з метою полегшення праці. Машина характерна наявністю джерела енергії і вимагає присутності оператора для свого управління. Проникливий німецький економіст К. Маркс зауважив, що будь-яка машина складається з рухового, передавального і виконавчого механізмів. Категорія «машина» в побуті частіше вживається як термін «техніка».
ТЕХНІКА - це створені людиною матеріальні засоби,які він використовував для розширення його функціональних можливостейв різних областях діяльності з метою задоволення матеріальних і духовних потреб.
За характером робочого процесу все різноманіття машин можнарозділити на класи: енергетичні, технологічні, транспортують і інформаційні.
ЕНЕРГЕТИЧНІ МАШИНИ - це пристрої, призначені для перетворення енергії будь-якого виду (електричної, паровий, тепловоїі т.п.) в механічну. До них відносяться електричні машини(Електродвигуни), електромагнітні перетворювачі струму, парові машини, двигуни внутрішнього згоряння, Турбіни і т.п. До різновидності енергетичних машин відносяться МАШИНИ-ПЕРЕТВОРЮВАЧІ , службовці для перетворення механічної енергії в енергію будь-якого виду. До них відносяться генератори, компресори, гідраввої насоси і т.п.
транспортують машини - перетворюють енергію двигуна венергію переміщення мас (продукції, виробів). До транспортирующиммашинам ставляться конвеєри, елеватори, норії, підйомні краниі підйомники.
ІНФОРМАЦІЙНІ (ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ) МАШИНИ - призначені дляотримання і перетворення інформації.
ТЕХНОЛОГІЧНІ МАШИНИ - призначені для перетворення обрабатива предмета (продукту), що складається в зміні його розмірів, форми, властивості або стану.
Технологічні машини складаються з енергетичної машини (Двигуна), передавального і виконавчого механізмів. найважливішимв машині є ВИКОНАВЧИЙ МЕХАНІЗМ , визначає технологічні можливості, ступінь універсальності і найменуваннямашини. Ті частини машини, які вступають в зіткнення зпродуктом і впливають на нього, називаються РОБОЧИХ ОРГАНОМ МАШИНИ .
В області конструювання машин(Машинобудування) широко використовується категорія ТЕХНІЧНА СИСТЕМА , підякою розуміються штучно створені об'єкти, призначенідля задоволення визначеної потреби, яким притаманніможливість виконання не менше однієї функції, багатоелементного, ієрархічність будови, множинність зв'язків між елементами,багаторазовість зміни і різноманіття споживчих якостей. Дотехнічним системам ставляться окремі машини, апарати, приладири, споруди, ручні знаряддя, їх елементи в вигляді вузлів, блоків,агрегатів та інших складальних одиниць, а також складні комплекси взаємопов'язаних машин, апаратів, споруд і т.п.
ПРИВІД- пристрій, що приводить в рух машину або механізм.
Привід складається з:
Джерела енергії;
Передавального механізму;
Апаратури управління.
машинним агрегатів називається технічна система, що складається з однієї або декількох з'єднаних послідовно або паралельно машин і призначена для виконання будь-яких необхідних функцій. Зазвичай до складу машинного агрегату входять: двигун, передавальний механізм і робоча або енергетична машина. В даний час до складу машинного агрегату часто включається контрольно-керуючаабо кібернетична машина. Передавальний механізм в машинному агрегаті необхідний для узгодження механічних характеристик двигуна з механічними характеристиками робочої чи енергетичної машини. Залежно від умов роботи машинного агрегату режим управління може здійснюватися вручну або автоматично.
КОМПЛЕКС - це теж складальна одиниця окремих взаємопов'язаних машин, автоматів і роботів, керовані з єдиного центру для здійснення технологічних операції в певній послідовності.Наприклад, РТК - робототехнічні комплекси, автоматичні лінії без участі людини при виконанні технологічних операції; потокові лінії, де в деяких операціях беруть участь люди, так, ніби оперенні птахів.
АВТОМАТ – (грец. " а утомотос"- самохідний) Машина, що працює за заданою програмою без оператора.
РОБОТ – (чеськ . robot - працівник) Машина, що має систему управління, що дозволяє їй самостійно приймати виконавські рішення в заданому діапазоні.
Вимоги, що пред'являються до технічних об'єктів
при розробці технічного об'єкта необхідно враховувати вимоги, яким повинен задовольняти проектується.
У 1950 р німецький інженер Ф. Кессельринг зробив спробу зібрати всі вимоги, які ставлять перед собою конструктори, з тим, щоб в якості декомпозиції процесу проектування, тобто поділу складного завдання на ряд більш простих, перетворити проектування в процес послідовного задоволення одного вимоги за іншим - подібно шкільній задачі в декількох діях.
Список Ф. Кессельрінга включав понад 700 вимог. Це був неповний список, сьогодні відомо понад 2500 вимог.
Кессельрінгу не вдалося вирішити поставлене завдання, оскільки багато вимог суперечать один одному. Наприклад, вимога підвищення рівня автоматизації технічного об'єкта суперечать вимозі всебічного спрощення конструкції і т.д.
Таким чином, в кожному випадку конструктор повинен вирішувати, яке вимога слід задовольняти, а яким варто знехтувати.
Проте, існування списку вимог і його поповнення надзвичайно корисно, оскільки змушує звернути увагу на ті сторони об'єкта, які часом здаються банальними, а на ділі не беруться.
Нижче наведені деякі приклади вимог:
Підпорядковувати конструювання задачі збільшення економічного ефекту, що визначається в першу чергу корисною віддачею машини, її довговічністю і вартістю експлуатаційних витрат за весь період використання машини;
Домагатися максимального підвищення корисної віддачі шляхом збільшення продуктивності машини і обсягу виконуваних нею операцій;
Домагатися всебічного зниження витрат на експлуатацію машин зменшити енергоспоживання стоімостіобслужіванія і ремонту;
Збільшувати ступінь автоматизації машин з метою збільшення продуктивності, підвищення якості продукції та скорочення витрат на рабочуюсілу;
Збільшити довговічність машин;
Забезпечувати тривалий моральний термін служби, закладаючи в машини високі вихідні параметри і передбачаючи резерви розвитку і вдосконалення машин;
Закладати в машини передумови інтенсифікації їх використання підвищенням універсальності і надійності;
Передбачати можливість створення похідних машин з максимальним використанням конструктивних елементів базової машини;
Прагнути до скорочення числа типорозмірів машин;
Прагнути до усунення капітальних ремонтів за рахунок наявності змінних частин;
Послідовно витримувати принцип агрегатно;
Виключати необхідність підбору і пригону деталей при складанні, забезпечуючи їх взаємозамінність;
Виключити операції вивірки, регулювання деталей і вузлів за місцем; передбачати в конструкції, що фіксують елементи, що забезпечують правильну установку деталей і вузлів при складанні;
Забезпечувати вас окую міцність деталей за рахунок надання їм раціональних форм, застосування матеріалів підвищеної міцності, введення зміцнюючої обробки;
У машини, вузли і механізми, що працюють при циклічних і динамічних навантаженнях, вводити пружні елементи, що пом'якшують коливання навантаження;
Робити машини невибагливими до відходу, усувати необхідність періодичного регулювання і т.д .;
Попереджати можливість перенапруги машини, для чого вводити автоматичні регулятори, запобіжні та граничні пристрої, що виключають можливість експлуатації машини на небезпечних режимах;
Виключати можливість неправильної зборки деталей і вузлів, які потребують точної взаємної координації, введенням блокування;
Замінювати періодичну мастило безперервної автоматичної;
Уникати відкритих механізмів і передач;
Забезпечити надійну страховку різьбових з'єднань від самоотворачіванія;
Попереджати корозію деталей;
Прагнути до мінімальної ваги машин і мінімальної металоємності.
На цьому пункті варто зупинитися окремо. Цілий ряд фактів свідчить про те, що в частині металоємності конструкції ми ще сильно відстаємо в ряді галузей машинобудування від розвинених капіталістичних країн.
Так, матеріаломісткість екскаватора ЕО-6121 на 9 тонн вище екскаватора фірми Поклейн (ФРН), баштовий кран КБ-405-2 на 26 тонн важче аналога, що випускається фірмою Рейнер (ФРН), металоємність трактора T-130М вище американського аналога Д-7Р на 730 кг. У "Камаза" на 1 т вантажопідйомності доводиться 877 кг власної ваги, а у "Магірус" (ФРН) - 557 кг / 1 т.
На перевезення надлишку власної ваги "Камаз" перевитрачатиме на 1 машину 3 т / рік.
Всіляко спрощувати конструкцію машин;
Замінювати, де це можливо, механізми з прямолінійним зворотно-поступальним рухом механізмами з обертовим рухом;
Забезпечувати максимальну технологічність деталей і вузлів;
Скорочувати обсяг механічної обробки, передбачаючи виготовлення заготовок з формою, що наближається до остаточної формі вироби;
Здійснювати максимальну уніфікацію елементів в застосування нормалізованих деталей;
Економити дорого і дефіцитні матеріали;
Надавати машині прості і гладкі зовнішні форми, що полегшують утримання машини в охайному стані;
Дотримуватися вимоги технічної естетики;
Робити доступними і зручними для огляду вузли, які потребують періодичної перевірки;
Забезпечувати безпеку експлуатації агрегату;
Безперервно вдосконалювати конструкцію машин, що знаходяться в серійному виробництві;
При проектуванні нових конструкцій перевіряти всі елементи новизни експериментів;
Ширше використовувати опитісполненних конструкцій, досвід суміжних, а в потрібних випадках і віддалених за профілем галузей машинобудування.
Розумне поєднання вимог досягається оптимізацією конструкції. У деяких випадках завдання оптимізації вирішуються досить просто. В інших випадках рішенням таких завдань доводиться займатися цілими інститутами.
Викладені вимоги не є розрізненими, ніяк не пов'язаними один з одним випадковими рекомендаціями. Вони є відображенням впливу сучасної НТР на техніку. У роботі "НТР і переваги соціалізму", [Думка, 1975] зазначається: "Узагальнення тенденції розвитку техніки і наукових розробок дає можливість відзначити такі особливості створюваних робочих машин:
А. В області використання сил природи - все більше використання фізичних, хімічних, біологічних процесів, перехід до комплексної технології, новий видам руху матерії, високих і низьких потенціалів (тисків, температур і т.п.).
Б. В області конструкційних і організаційно-технічних форм - підвищення одиничної потужності, інтеграція процесів в одному органі, зростання міцності зв'язків, забезпечення динамічності конструкцій, широке використання штучних матеріалів, інтеграція машин в усі великі системи-лінії, ділянки, вузли, комплекси. Розвиток динамічності досягається підвищенням стандартизації, уніфікації, універсалізації, блочности і агрегатування. Ця динамічність відображає різноманіття функцій техніки. Прогрес же стандартизації, агрегатування характеризує єдність техніки на природничо основі.
В. В області принципів впливу на предмет праці - максимально можливе, пряме використання сил природи, тенденція до зміни фундаментальних основ переробляються речовин і отримання кінцевого продукту.
Механізми і їх класифікація
Механізми, що застосовуються в сучасних машинах і системах, дуже різноманітні і класифікуються за багатьма ознаками.
1. По області застосування і функціональним призначенням:
Механізми літальних апаратів;
Механізми верстатів;
Механізми ковальських машин і пресів;
Механізми двигунів внутрішнього згоряння;
Механізми промислових роботів (маніпулятори);
Механізми компресорів;
Механізми насосів і т.д.
2. По виду передавальної функції на механізми:
З постійної функцією передачі;
З змінної передавальної функцією:
З нерегульованої (синусні, тангенсного);
З регульованою:
Із ступінчастим регулюванням (коробки передач);
З безступінчатим регулюванням (варіатори).
3. По виду перетворення руху:
Обертальний в обертальний (редуктори, мультиплікатори, муфти)
Обертальний в поступальний;
Поступальний в обертальний;
Поступальний в поступальний.
4. За рухом і розташуванню ланок в просторі:
просторові;
плоскі;
Сферичні.
5. За змінності структури механізму на механізми:
З незмінною структурою;
З змінною структурою.
6. За кількістю подвижностей механізму:
З одного рухливістю W= 1;
З кількома подвижностями W> 1:
Суммирующие (інтегральні);
Розділяють (диференціальні).
7. По виду кінематичних пар (КП):
З нижчими КП (всі КП механізму нижчі);
З вищими КП (хоча б одна КП вища);
Шарнірні (всі КП механізму обертальні - шарніри).
8. За способом передачі і перетворення потоку енергії:
Фрикційні (зчеплення);
зачепленням;
Хвильові (створення хвильової деформації);
Імпульсні.
9. За формою, конструктивним виконанням і руху ланок:
важільні;
зубчасті;
кулачкові;
фрикційні;
гвинтові;
черв'ячні;
планетарні;
маніпулятори;
Механізми з гнучкими ланками.
Крім того, існує велика кількість різних складових або комбінованих механізмів, що представляють собою ті чи інші поєднання механізмів перерахованих вище видів.
Однак для фундаментального розуміння функціонування машин базовим класифікаційними ознакою є структура механізмів - сукупність і взаємини входять в систему елементів.
Вивчаючи плоскі важільні механізми з нижчими кінематичними парами, професор Петербурзького університету Л.В.Ассур в 1914 р виявив, що будь-який найскладніший механізм фактично складається не просто з окремих ланок, а з найпростіших структурних груп, утворених ланками і кінематичними парами - невеликих відкритих кінематичних ланцюгів. Він запропонував оригінальну структурну класифікацію, В якій всі механізми складаються з первинних механізмів і структурних груп (груп нульовий рухливості або "груп Ассура").
У 1937 р радянський академік І.І. Артоболевский удосконалив і доповнив цю класифікацію, поширивши її аж до просторових механізмів з поступальними кінематичними парами.
Сутність структурної класифікації полягає в використанні поняття структурної групи, з яких складаються всі механізми.
Значення передавальних механізмів в машинобудуванні
основними функціями передавальних механізмів є:
Передача і перетворення руху;
Зміна і регулювання швидкості;
Розподіл потоків потужності між різними виконавчими органами даної машини;
Пуск, зупинка і реверсування руху.
Ці функції повинні виконуватися безвідмовно з заданими ступенем точності і продуктивністю протягом певного проміжку часу. При цьому механізм повинен мати мінімальні габаритні розміри, Бути економічним і безпечним в експлуатації. У ряді випадків до передавальних механізмів можуть бути пред'явлені і інші вимоги: надійна робота в забрудненій або агресивному середовищі, при високих або дуже низьких температурах і т. Д. Задоволення всім цим вимогам являє собою складну задачу і вимагає від проектувальника вміння добре орієнтуватися в різноманітті сучасних механізмів, знання сучасних конструкційних матеріалів, новітніх методів розрахунку деталей і елементів машин, знайомства з впливом технології виготовлення деталей на їх довговічність, економічність і т. д.
Одним із завдань курсу «Деталі машин» і є навчання методам проектування передавальних механізмів загального призначення.
Більшість сучасних машин і приладів створюється за схемою двигун - передача - робочий орган (виконавчий механізм). Необхідність введення передачі як проміжної ланки між двигуном і робочими органами машини пов'язана з вирішенням ряду завдань.
Наприклад, в автомобілях і інших транспортних машинах потрібно змінювати величину швидкості і напрямок руху, а на підйомах і при рушанні з місця необхідно в кілька разів збільшити крутний момент на ведучих колесах. Сам автомобільний двигун не може виконувати ці вимоги, так як він працює стійко тільки у вузькому діапазоні зміни величини крутного моменту і кутової швидкості. При виході за межі цього діапазону двигун зупиняється. подібно автомобільного двигуна слабо регулюються багато інших двигуни, в тому числі більшість електричних.
У деяких випадках регулювання двигуна можливо, але недоцільно з економічних міркувань, так як за межами номінального режиму роботи ККД двигунів істотно знижується.
Маса і вартість двигуна при однаковій потужності зменшуються зі збільшенням кутової швидкості його вала. Застосування таких двигунів з передачею, що знижує кутову швидкість, замість двигунів з малою кутовою швидкістю без передачі економічно доцільніше.
У зв'язку з широким розповсюдженням комплексної механізації і автоматизації виробництва значення передач в машинах ще більш збільшується. Потрібно розгалуження потоків енергії і одночасна передача руху з різними параметрами до кількох виконавчим органам від одного джерела - двигуна. Все це робить передачі одним з істотних елементів більшості сучасних машин і установок.
Класифікація деталей машин
Не існує абсолютної, повною і завершеною класифікації всіх існуючих деталей машин, тому що конструкції їх різноманітні і, до того ж, постійно розробляються нові.
Залежно від складності виготовлення деталі діляться на простіі складні. Прості деталі для свого виготовлення вимагають невеликого числа вже відомих і добре освоєних технологічних операцій і виготовляються при масовому виробництві на верстатах-автоматах (наприклад, кріпильні вироби - болти, гвинти, гайки, шайби, шплінти; зубчасті колеса невеликих розмірів і т.п.). Складні деталі мають найчастіше досить складну конфігурацію, а при їх виготовленні застосовуються досить складні технологічні операції і використовується значний обсяг ручної праці, для виконання якого в останні роки все частіше застосовуються роботи (наприклад, при складанні-зварюванні кузовів легкових автомобілів).
За функціональним призначенням вузли та деталі діляться на типові групи за характером їх використання.
- ПЕРЕДАЧІ призначені для передачі і перетворення руху, енергії в машинах. Їх поділяють на передачі зачепленням, передають енергію за допомогою взаємного зачеплення зубів (зубчасті, черв'ячні і ланцюгові), і передачі тертям, передають енергію за допомогою сил тертя, що викликаються початковим натягом ременя (ремінні передачі) або притисненням одного катка до іншого (фрикційні передачі).
- Вали і ОСІ. Вали служать для передачі крутного моменту вздовж своєї осі і для підтримки обертових деталей передач (зубчасті колеса, шківи зірочки), що встановлюються на валах. Осі служать для підтримки обертових, деталей без передачі корисних моментів, що обертають.
- ОПОРИслужать для установки валів і осей.
- ПОДШИПНИКИ. Призначені для закріплення валів і осей в просторі. Залишають валів і осей тільки одну ступінь свободи - обертання навколо власної осі. Підшипники діляться на дві групи в залежності від виду тертя в них: а) кочення; б) ковзання.
- МУФТИпризначені для передачі крутного моменту з одного вала на інший. Муфти бувають постійними, що не допускають роз'єднання валів при роботі машин і зчіпні, що допускають зчеплення і розчіплювання валів.
- З'ЄДНУВАЛЬНІ ДЕТАЛІ (з'єднання) з'єднують деталі між собою.
Вони бувають двох видів:
а) роз'ємні - їх можна розібрати без руйнування. До них відносяться різьбові, штифтові, шпонкові, шліцьові, клеммовие;
б) нероз'ємні - роз'єднання деталей неможливо без їх руйнування або пов'язане з небезпекою їх пошкодження. До них відносяться зварювальне, клейове, заклепковий, пресове з'єднання.
- ПРУЖНІ ЕЛЕМЕНТИ. Їх застосовують: а) для захисту від вібрацій і ударів; б) для здійснення протягом тривалого часу корисної роботи шляхом попереднього акумулювання або накопичення енергії (пружини в годиннику); в) для створення натягу, здійснення зворотного ходу в кулачкових та інших механізмах і т.д.
- Інерційні ДЕТАЛІ І ЕЛЕМЕНТИпризначені для запобігання або ослаблення коливань (в лінійному або обертальному рухах) за рахунок накопичення та подальшої віддачі кінетичної енергії (маховики, противаги, маятники, баби, шабота).
- Захисні ДЕТАЛІ І УЩІЛЬНЕННЯ призначені для захисту внутрішніх порожнин вузлів і агрегатів від дії несприятливих факторів зовнішнього середовища і від витікання мастильних матеріалів з цих порожнин (п Левікі, сальники, кришки, сорочки і т.п.).
- Корпусні ДЕТАЛІ призначені для розміщення і фіксації рухомих деталей механізму, для їх захисту від дії несприятливих факторів зовнішнього середовища, а також для кріплення механізмів в складі машин і агрегатів. Часто, крім того, корпусні деталі використовуються для зберігання експлуатаційного запасу мастильних матеріалів.
- ДЕТАЛІ І ВУЗЛИ РЕГУЛЮВАННЯ ТА УПРАВЛІННЯ призначені для впливу на агрегати і механізми з метою зміни їх режиму роботи або його підтримки на оптимальному рівні (тяги, важелі, троси і т.п.).
- ДЕТАЛІ СПЕЦИФІЧНІ. До них можна віднести пристрої для захисту від забруднень, для змазування і т.д.
Рамки навчального курсу не дозволяють вивчити всі різновиди деталей машин і всі нюанси проектування. Однак знання, по крайней мере, типових деталей і загальних принципів конструювання машин дає інженеру надійний фундамент і потужний інструмент для виконання проектних робіт практично будь-якої складності.
У наступних розділах ми розглянемо прийоми розрахунку і проектування типових деталей машин.
Основні принципи та етапи розробки і проектування машин
Процес розробки машин має складну, розгалужену неоднозначну структуру і зазвичай називається широким терміном проектування - створення прообразу об'єкта, що представляє в загальних рисах його основні параметри.
проектування (По ГОСТ 22487-77) - процес складання опису, необхідного для створення ще неіснуючого об'єкта (алгоритму його функціонування або алгоритму процесу), шляхом перетворення первинного опису, оптимізації заданих характеристик об'єкта (або алгоритму його функціонування), усунення некоректності первинного опису і послідовного уявлення (при необхідності) описів на різних мовах. В умовах навчального закладу (у порівнянні з условиями підприємств) ці стадії проектування кілька спрощуються.
проект (Від лат. projectus - кинутий вперед) - сукупність документів і описів на різних мовах (графічному - креслення, схеми, діаграми і графіки; математичному - формули і розрахунки; інженерних термінів і понять - тексти описів, пояснювальні записки), необхідна для створення якоїсь споруди або вироби .
інженерне проектування - процес, в якому наукова і технічна інформація використовується для створення нової системи, пристрої або машини, що приносять суспільству певну користь.
методи проектування:
Прямі аналітичні методи синтезу (розроблені для ряду простих типових механізмів);
Евристичні методи проектування - рішення задач проектування на рівні винаходів (наприклад, алгоритм розв'язання винахідницьких завдань);
Синтез методами аналізу - перебір можливих рішень по певної стратегії (на приклад, за допомогою генератора випадкових чисел - метод Монте-Карло) з проведенням порівняльного аналізу за сукупністю якісних і експлуатаційних показників (часто використовуються методи оптимізації - мінімізація сформульованої розробником цільової функції, яка визначає сукупність якісних характеристик виробу);
Системи автоматизованого проектування або САПР - комп'ютерна програмне середовище моделює об'єкт проектування і визначає його якісні показники, після прийняття рішення - вибору проектувальником параметрів об'єкта, система в автоматизованому режимі видає проектну документацію;
Інші методи проектування.
Основні етапи процесу проектування.
1. Усвідомлення суспільної потреби в розробляється виробі.
2. Технічне завдання на проектування (первинне опис).
3. Аналіз існуючих технічних рішень.
4. Розробка функціональної схеми.
5. Розробка структурної схеми.
6. Метричний синтез механізму (синтез кінематичної схеми).
7. Статичний силовий розрахунок.
8. Ескізний проект.
9. Кінетостатіческій силовий розрахунок.
10. Силовий розрахунок з урахуванням тертя.
11. Розрахунок і конструювання деталей і кінематичних пар (на міцність, урівноваження, балансування, віброзахист).
Тут доцільно виконати наступні дії:
Уточнити службове призначення складальної одиниці,
розібрати кінематичну схему вузла (механізму), т. е. виділитискладові ланки кінематичного ланцюга, уточнити послідовникність передачі енергії від початкової ланки по кінематичного ланцюга докінцевій ланці, виділити нерухоме ланка (корпус, стійку і т.п.), щодо якого розміщуються всі інші ланки, уточнитизв'язку між ланками, т. е. вид кінематичних пар, встановити служебние функції нерухомого ланки і всіх рухомих ланок,
Почати конструювання вузла з найбільш відповідального ланкивизначити його тип, виділити складові його елементи, розрахунком або конструктивно визначити основні розміри елементів кінематичнихпар і елементів ланки,
Послідовно конструювати всі ланки вузла, виконуючи прора лення їх елементів,
Ескізно сконструювати нерухоме ланка вузла,
Уточнити поділ кожної ланки на деталі,
Розділити кожну деталь на складові елементи,
Встановити службову функцію (функції) і призначення кожногоелемента і його зв'язку з іншими елементами,
Виділити сполучаються, прилеглі і вільні поверхнікожного елемента деталі,
Встановити остаточно форму кожної поверхні і її полоються,
Остаточно оформити зображення кожної деталі на зображенняхжении складальної одиниці.
12. Технічний проект.
13. Робочий проект (розробка робочих креслень деталей, технології виготовлення і збірки).
14. Виготовлення дослідних зразків.
15. Випробування дослідних зразків.
16. Технологічна підготовка серійного виробництва.
17. Серійне виробництво вироби.
Залежно від потреби народного господарства вироби випускають в різних кількостях. Виробництво виробів умовно поділяють на одиничні, дрібносерійні, середнє серійне і масові виробництва.
під одиничним розуміється виготовлення виробу по заготовленої НТД, в одиничному екземплярі і надалі не повторюється.
Проектування машин виконують у кілька стадій, встановлених ГОСТ 2.103-68. для одиничноговиробництва це:
1. Розробка технічної пропозиції по ГОСТ 2.118-73.
2. Розробка ескізного проекту по ГОСТ 2.119-73.
3. Розробка технічного проекту по ГОСТ 2.120-73.
4. Розробка документації для виготовлення виробу.
5. Коригування документації за результатами виготовлення і випробування вироби.
Стадії проектування при серійномувиробництві ті ж, але тільки коригування документації доводиться повторювати кілька разів: спочатку для досвідченого примірника, потім для дослідної партії, потім за результатами виготовлення і випробувань першої промислової партії.
У будь-якому випадку, приступаючи до кожного етапу конструювання, як і взагалі до будь-якої роботи, необхідно чітко позначити три позиції:
Початкові дані - будь-які об'єкти і інформація, що стосуються справи ( "що ми маємо?").
мета - очікувані результати, величини, документи, об'єкти ( "що ми хочемо отримати?").
Засоби досягнення мети - методики проектування, розрахункові формули, інструментальні засоби, джерела енергії та інформації, конструкторські навички, досвід ( "що і як робити?").
Діяльність конструктора-проектувальника набуває сенсу тільки при наявності замовника - особи або організації, які потребують виробі і фінансують розробку.
Теоретично замовник повинен скласти і видати розробнику Технічне Завдання - документ, в якому грамотно і чітко позначені всі технічні, експлуатаційні та економічні параметри майбутнього виробу. Але, на щастя, цього не відбувається, оскільки замовник поглинений своїми відомчими завданнями, а, головне, не має достатніх навичок проектування. Таким чином, інженер не залишається без роботи.
Робота починається з того, що замовник і виконавець спільно складають (і підписують) Технічне завдання. При цьому виконавець повинен отримати максимум інформації про потреби, побажання, технічних і фінансових можливостях замовника, обов'язкових, бажаних і бажаних властивості майбутнього виробу, особливості його експлуатації, умовах ремонту, можливий ринку збуту.
ретельний аналіз цієї інформації дозволить проектувальнику правильно вибудувати логічний ланцюжок "Завдання - Мета - Засоби" і максимально ефективно виконати проект.
Технічне завдання - перелік вимог, умов, цілей, завдань, поставлених замовником в письмовому вигляді, документально оформлених і виданих виконавцю робіт проектно-дослідницького характеру. Таке завдання зазвичай передує розробці будівельних, конструкторських проектів та покликане орієнтувати проектанта на створення проекту, який задовольняє бажанням замовника і відповідає умовам використання, застосування розроблюваного проекту, а також ресурсним обмеженням.
Розробка технічного Пропозиції починається з вивчення технічного завдання. З'ясовуються призначення, принцип пристрою і способи з'єднання основних складальних одиниць і деталей. Все це супроводжується аналізом науково-технічної інформації про аналогічні конструкціях. Виконуються кінематичний розрахунок, проектувальні розрахунки на міцність, жорсткість, зносостійкість і за критеріями працездатності. З каталогів попередньо вибираються всі стандартні вироби - підшипники, муфти і т.п. Виконуються перші ескізи, які поступово уточнюються. Необхідно прагнути до максимальної компактності розташування і зручності монтажу-демонтажу деталей.
Технічна пропозиція (П) - сукупність конструкторських документів, які повинні містити технічні та техніко-економічні обгрунтування доцільності розробки документації вироби на підставі аналізу технічного завдання замовника і різних варіантів можливих рішень виробів, порівняльної оцінки рішень з урахуванням конструктивних і експлуатаційних особливостей розроблюваного та існуючих виробів і патентні дослідження.
На стадії ескізного Проекту виконуються уточнені і перевірочні розрахунки деталей, креслення вироби в основних проекціях, опрацьовується конструкція деталей з метою їх максимальної технологічності, вибираються сполучення деталей, опрацьовується можливість збирання-розбирання і регулювання вузлів, вибирається система мастила і ущільнення. Ескізний проект повинен бути розглянутий і затверджений, після чого він стає основою для Технічного Проекту. При необхідності виготовляються і випробовуються макети вироби.
Ескізний проект (Е) - сукупність конструкторських документів, які повинні містити принципові конструктивні рішення, що дають загальне уявлення про будову та принцип роботи виробу, а також дані, що визначають призначення, основні параметри і габаритні розміри розроблюваного виробу. Ескізний проект після узгодження і затвердження в установленому порядку служить підставою для розробки технічного проекту або робочої конструкторської документації.
технічний Проект повинен обов'язково містити креслення загального вигляду, відомість технічного проекту і пояснювальну записку. Креслення загального вигляду за ДСТУ 2.119-73 має надати відомості про конструкцію, взаємодію основних частин, експлуатаційно-технічні характеристики і принципи роботи виробу. Відомість Технічного Проекту та Пояснювальна Записка, як і всі текстові документи повинні містити вичерпну інформацію про конструкції, виготовленні, експлуатації та ремонті вироби. Вони оформляються в суворій відповідності з нормами і правилами ЕСКД (ГОСТ 2.104-68; 2.105-79; 2.106-68). Технічний проект після узгодження і затвердження в установленому порядку служить підставою для розробки робочої конструкторської документації.
Таким чином, проект набуває остаточного вигляду - креслень і пояснювальної записки з розрахунками, званими робочою документацією,оформлених так, щоб по них можна було виготовити виріб і контролювати їх виробництво і експлуатацію.
Робочий проект (І) - розробка конструкторської документації дослідного зразка, виготовлення, випробування, коригування за результатами випробувань. Остаточно розробляються і затверджуються креслення деталей і вузлів і ін. Нормативно - технічної документації на виготовлення та складання виробів для проведення його випробування.
Виготовлення, випробування, доведення і освоєння дослідного зразка. Розробка макетного зразка приладу.
Тут також потрібно дати базові поняття.
До конструкторським документам відносять графічні і текстові документи, які окремо або в сукупності визначають склад і пристрій вироби і містять необхідні дані для його розробки або виготовлення, приймання, експлуатації і ремонту.
Конструкторські документи поділяються на:
оригінали - документи, виконані на будь-якому матеріалі і призначені для виконання по ним оригіналів.
оригінали - документи, оформлені справжніми встановленими підписами і виконані на будь-якому матеріалі, що дозволяє багаторазове відтворення з них копій. Допускається як оригіналу використовувати оригінал.
дублікати - копії оригіналів, що забезпечують ідентичність відтворення першотвору, виконані на будь-якому матеріалі, що дозволяє зняття з них копій.
копії- документи, виконані способом, що забезпечує їх ідентичність з оригіналом.
Технічне завдання - документ, що складається спільно замовником і розробником, що містить загальне уявлення про призначення, технічні характеристики і принциповому пристрої майбутнього виробу.
технічна пропозиція - додаткові або уточнення вимоги до виробу, які не могли бути вказані в технічному завданні (ГОСТ 2.118-73).
творчість - специфічна матеріальна чи духовна діяльність, що породжує щось нове або нову комбінацію відомого.
винахід - нове рішення технічної задачі, що дає позитивний ефект.
ескізування - процес створення ескізу (від франц. exquisse – з міркувань), попереднього малюнка або начерку, що фіксує задум і містить основні обриси створюваного об'єкта.
компонування - розташування основних деталей, складальних одиниць, вузлів, і модулів майбутнього об'єкта.
Розрахунок - чисельне визначення зусиль, напружень і деформацій в деталях, встановлення умов їх нормальної роботи; виконується в міру необхідності на кожному етапі конструювання.
креслення - точне графічне зображення об'єкта, що містить повну інформацію про його форму, розміри і основних технічних умовах виготовлення.
Складальне креслення - документ, що містить зображення складальної одиниці та інші дані, необхідні для її складання (виготовлення) та контролю. До складальним кресленням також відносять креслення, за якими виконують Гидромонтаж і пневмомонтаж.
Креслення загального вигляду - документ, що визначає конструкцію виробу, взаємодію його складових частин і пояснює принцип роботи виробу.
теоретичне креслення - документ, що визначає геометричну форму (обводи) вироби і координати розташування складових частин.
Габаритне креслення - документ, що містить контурне (спрощене) зображення виробу з габаритними, установчими і приєднувальними розмірами.
Електромонтажний креслення - документ, що містить дані, необхідні для виконання електричного монтажу вироби.
монтажний креслення - документ, що містить контурне (спрощене) зображення виробу, а також дані, необхідні для його установки (монтажу) на місці застосування. До монтажних кресленнях також відносять креслення фундаментів, спеціально розроблених для установки вироби.
пакувальний креслення - документ, що містить дані, необхідні для пакування вироби.
схема - документ, на якому показані у вигляді умовних зображень і позначень складові частини виробу і зв'язки між ними.
Пояснювальна записка - текстовий документ (ГОСТ 2.102-68), що містить опис пристрою і принципу дії виробу, а також технічні характеристики, Економічне обґрунтування, розрахунки, вказівки по підготовці вироби до експлуатації.
Специфікація - текстовий табличний документ, що визначає склад складальної одиниці, комплексу або комплекту (ГОСТ 2.102-68).
відомість специфікацій - документ, що містить перелік усіх специфікацій складових частин вироби із зазначенням їх кількості та входимо.
Відомість документів документів - документ, що містить перелік документів, на які є посилання в конструкторських документах вироби.
Відомість покупних виробів - документ, що містить перелік покупних виробів, які застосовувались в розробляється виробі.
i style \u003d "mso-bidi-font-style: normal"\u003e Відомість дозволу застосування покупних виробів - документ, що містить перелік покупних виробів, дозволених до застосування відповідно до ГОСТ 2.124-85.
Відомість власників оригіналів - документ, що містить перелік підприємств (організацій), на яких зберігають оригінали документів, розроблених і (або) застосованих для даного вироби.
Відомість технічної пропозиції - документ, що містить перелік документів, що входять в технічну пропозицію.
Відомість ескізного проекту - документ, що містить перелік документів, що входять в ескізний проект
Відомість технічного проекту - документ, що містить перелік документів, що входять в технічний проект.
технічне умова - документ, що містить вимоги (сукупність всіх показників, норм, правил і положень) до виробу, його виготовлення, контролю, приймання та постачання, які недоцільно вказувати в інших конструкторських документах.
Програма і методика випробувань - документ містить, технічні дані, що підлягають перевірці при випробуваннях вироби, а також порядок і методи їх контролю.
Таблиця - документ, що містить в залежності від його призначення відповідні дані, зведені в таблицю.
розрахунок - документ, що містить розрахунки параметрів і величин, наприклад, розрахунок розмірних ланцюгів, розрахунок на міцність і ін.
ремонтні документи - документи, що містять дані для проведення ремонтних робіт на спеціалізованих підприємствах.
Інструкція - документ, що містить вказівки і правила, використовувані при виготовленні вироби (складання, регулювання, контроль, приймання і т.п.).
експлуатаційний документ - конструкторський документ, який окремо або в сукупності з іншими документами визначає правила експлуатації виробу і відображає відомості, що засвідчують гарантовані виробником значення основних параметрів і характеристик (властивостей) виробу, гарантії і відомості по його експлуатації протягом встановленого терміну служби.
Експлуатаційні документи виробів, призначені для експлуатації та ознайомлення з їх конструкцією, вивчення правил експлуатації (використання за призначенням, технічне обслуговування, поточного ремонту, Зберігання та транспортування), відображення відомостей, що засвідчують гарантовані виробником значення основних параметрів і характеристик виробу, гарантій і відомостей по його експлуатації за весь період, а також відомостей щодо його утилізації.
Ескізний проект - перший етап проектування (ГОСТ 2.119-73), коли встановлюються принципові конструктивні і схемні рішення, що дають загальне уявлення про пристрій і роботу вироби.
Ескізний проект розробляють зазвичай в декількох варіантах згрунтовним розрахунковим аналізом, в результаті якого відбирають варіант для подальшої розробки.
На цій стадії проектування виробляють кінематичний розрахунокприводу, розрахунок передач з ескізної компонуваннямїх деталей, що відбиває принципові конструктивні рішення ідають загальне уявлення про будову та принцип роботипроектованого вироби. З викладеного випливає, що розрахунки необдимо виконувати з одночасним викреслюванням конструкції вироби,так як багато розміри, необхідні для розрахунку (відстані міжопорами вала, місця прикладання навантажень і т.п.), можна отримати тількиз креслення. У той же час поетапне креслення конструкції в процесі розрахунку є перевіркою цього розрахунку. неправильнийрезультат розрахунку проявляється в порушенні пропорційності конструкції деталі при виконанні ескізної компонування вироби.
Перші проектні розрахунки на стадії ескізного проектуваннявиконують, як правило, спрощеними і наближеними. окончавальний розрахунок є перевірочним для даної (вже наміченої)конструкції вироби.
Багато розміри елементів деталі при проектуванні НЕ рассчиють, а приймають відповідно до досвіду проектування подібнихконструкцій, узагальненим в стандартах і нормативно-довідковихдокументах, підручниках, довідниках тощо.
Ескізний проект після затвердження служить підставою для розроблення технічного проекту або робочої конструкторської документації.
технічний проект - заключний етап проектування (ГОСТ 2.120-73), коли виявляються остаточні технічні рішення, дають повне уявлення про виріб.
Технічний проект після затвердження служить підставою длярозробки робочої документації.
Розробка робочої документації - заключна стадія проеквання, необхідна для виготовлення всіх ненормалізованихдеталей, а також для оформлення заявки на придбання стандартнихвиробів.
У навчальному закладі обсяг робіт на цій стадії проектування зазвичай встановлюється рішенням кафедри і вказується в технічнокому завданні. При розробці приводу робоча документація зазвичайвключає креслення його загального вигляду або габаритне креслення, складальний креслення редуктора, робочі креслення основних деталей (вала, колеса,зірочки або шківа і т. д.)
Будь-яка машина, механізм або прилад складається з окремих деталей, що об'єднуються в складальні одиниці.
Деталлю називають таку частину машини, виготовлення якої не вимагає складальних операцій. За своєю геометричній формі деталі можуть бути простими (гайки, шпонки і т. П.) Або складними (корпусні деталі, станини верстатів і т. П.).
Складальної одиницею (вузлом) називають виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню між собою скручуванням, зварюванням, клепкою, склеюванням і т. П. Деталі, що входять до складу окремих складальних одиниць, з'єднуються між собою рухомо або нерухомо.
З великої різноманітності деталей, що застосовуються в машинах різного призначення, можна виділити такі, які зустрічаються майже у всіх машинах. Ці деталі (болти, вали, деталі передач і т. П.) Називаються деталями загального призначення і є предметом вивчення курсу «Деталі машин».
Інші деталі, які є специфічними для певного типу машин (поршні, лопатки турбін, гребні гвинти і т. П.) Називаються деталями спеціального призначення і вивчаються у відповідних спеціальних дисциплінах.
Курс «Деталі машин» встановлює загальні вимоги, Що пред'являються до конструкції деталей машин. Ці вимоги повинні враховуватися три конструюванні і виготовленні різних машин.
Досконалість конструкції деталей машин оцінюється по їх працездатності і економічності. Працездатність об'єднує такі вимоги, як міцність, жорсткість, зносостійкість і теплостійкість. Економічність визначається вартістю машини або окремих її деталей і експлуатаційними витратами. Тому основними вимогами, що забезпечують економічність, є мінімальна маса, простота конструкції, висока технологічність, застосування недефіцитних матеріалів, високий механічний ККД і відповідність стандартам.
Крім того, в курсі «Деталі машин» даються рекомендації по вибору матеріалів для виготовлення деталей машин. Вибір матеріалів залежить від призначення машини, призначення деталей, способів їх виготовлення і ряду інших чинників. Правильний вибір матеріалу в значній мірі впливає на якість деталі і машини в цілому.
З'єднання деталей в машинах діляться на дві основні групи - рухомі і нерухомі. Рухливі з'єднання служать для забезпечення відносного обертального, поступального або складного руху деталей. Нерухомі з'єднання призначені для жорсткого скріплення деталей між собою або для установки машин на підставах і фундаментах. Нерухомі з'єднання можуть бути роз'ємними і нероз'ємними.
Розумні з'єднання (болтові, шпонкові, зубчасті та ін.) Допускають багаторазову зборку і розбирання без руйнування сполучних деталей.
Нероз'ємні з'єднання (заклепочні, зварні, клейові і ін.) Можуть бути розібрані лише шляхом руйнування з'єднують елементів - заклепок, зварного шва та ін.
Розглянемо роз'ємні з'єднання.
машиною називається пристрій, що створюється людиною, що виконує механічні рухи для перетворення енергії, матеріалів і інформації з метою повної заміни або полегшення фізичної та розумової праці людини, збільшення його продуктивності.
Під матеріалами розуміються оброблювані предмети, що переміщуються вантажі і т. Д.
Машину характеризують такі ознаки:
перетворення енергії в механічну роботу або перетворення механічної роботи в інший вид енергії;
визначеність руху всіх її частин при заданому русі однієї частини;
штучність походження в результаті праці людини.
За характером робочого процесу, всі машини можна розділити на класи:
машини - двигуни. Це енергетичні машини, призначені для перетворення енергії будь-якого виду (електричної, теплової та т. Д.) В механічну енергію (твердого тіла);
машини - перетворювачі - енергетичні машини, призначені для перетворення механічної енергії в енергію будь-якого виду (електричні генератори, повітряні і гідравлічні насоси і т. д.);
транспортні машини;
технологічні машини;
інформаційні машини.
Всі машини і механізми складаються з деталей, вузлів, агрегатів.
деталь - частина машини, яку виготовляють з однорідного матеріалу без застосування складальних операцій.
вузол- закінчена складальна одиниця, яка складається з ряду з'єднаних деталей. Наприклад: підшипник, муфта.
механізмомназивається штучно створена система тіл, призначена для перетворення руху одного або декількох тіл в необхідні рухи інших тіл.
Вимоги до машин:
Висока продуктивність;
2. Окупність витрат на проектування і виготовлення;
3. Високий ККД;
4. Надійність і довговічність;
5. Простота управління і обслуговування;
6. Транспортабельность;
7. Малі габарити;
8. Безпека в роботі;
надійність- це здатність деталі зберігати свої експлуатаційні показники, виконувати задані функції протягом заданого терміну служби.
Вимоги до деталей машин:
а) міцність - опірність деталі руйнування або виникнення пластичних деформацій протягом гарантійного терміну служби;
б ) жорсткість - гарантована ступінь опору пружного деформування деталі в процесі її експлуатації;
в ) зносостійкість - опір деталі: механічному зношуванню або корозійно-механічному зношуванню;
г) малі габарити і маса;
д) виготовлення з недорогих матеріалів;
е) технологічність (Виготовлення повинно здійснюватися при найменших затратах праці і часу);
ж) безпеку;
з) відповідність державним стандартам.
При розрахунку деталей на міцність потрібно в небезпечному перерізі отримати таку напругу, яке буде менше або дорівнює допустимому: δ max ≤ [δ]; τ max ≤ [τ]
Допустиме напруження- це максимальна робоча напруга, яке може бути допущено в небезпечному перерізі, за умови забезпечення необхідної міцності і довговічності деталі під час її експлуатації.
Напруга, що допускається вибирають в залежності від граничної напруги
;
n - допустимий коефіцієнт запасу міцності, який залежить від типу конструкції, її відповідальності, характеру навантажень.
Жорсткість деталі перевіряється порівнянням величини найбільшого лінійного | або кутового j переміщення з допускаються: для лінійного | max £ [|]; для кутового j max £ [j]
І ОСНОВ ПРОЕКТУВАННЯ ТА КОНСТРУЮВАННЯ
Основні поняття і визначення
деталь - частина машини, виготовлена \u200b\u200bз однорідного матеріалу без застосування складальних операцій. Деталі можуть бути прості (гайка, шпонка і т.п.) і складні (колінчастий вал, корпус редуктора, станина верстата тощо).
Деталі бувають загального і спеціального призначення.
Складальна одиниця -виріб, що отримується з деталей за допомогою складальних операцій.
вузол - закінчена складальна одиниця, що складається з деталей, що мають загальне функціональне призначення (підшипник, вузол опори).
механізм - кінематична ланцюг, для передачі і перетворення руху (наприклад, кривошипний механізм). Механізм складається з деталей і вузлів.
Машина - механізм або комплекс механізмів, призначені для виконання необхідної корисної роботи (перетворення енергії, матеріалів або інформації з метою полегшення праці). Будь-яка машина складається з рухового, передавального і виконавчого механізму. Управління машиною вимагає присутності оператора.
автомат - машина, яка працює за заданою програмою без оператора.
робот - машина, що має систему управління, що дозволяє їй самостійно приймати виконавські рішення в заданому діапазоні.
1.1.1 Класифікація деталей машин
Деталі машин вивчають деталі, вузли і механізми загального призначення (Болти, гвинти, вали, осі, підшипники, муфти, механічні передачі і т.п.), тобто, які застосовуються в усіх механізмах.
Деталі й вузли машин класифікують на типові групи за характером їх використання:
· Передачі - передають рух від джерела до виконавчих механізмів;
· Вали і осі - несуть на собі деталі, що обертаються передач;
· Опори - служать для установки валів і осей;
· Муфти - з'єднують між собою вали і передають обертає момент;
· Сполучні деталі (з'єднання) - з'єднують деталі між собою.
· Пружні елементи - пом'якшують вібрацію, ривки і удари, накопичують енергію, забезпечують постійне стиснення деталей;
· Корпусні деталі - організовують всередині себе простір для розміщення інших деталей і вузлів, забезпечують їх захист.
1.1.2 Проектування та конструювання
Процес розробки машин називається проектуванням. Він полягає в створенні прообразу об'єкта, що представляє в загальних рисах його основні параметри.
під конструюванням розуміють весь процес від ідеї до виготовлення машини. Мета і кінцевий результат конструювання - створення робочої документації, По якій можна без участі розробника виготовляти, експлуатувати, контролювати і ремонтувати виріб.
Конструювання машин - творчий процес. Головне завдання конструювання - створення виробів, найбільш вигідних з економічної точки зору. Іншими словами - створення виробів, що забезпечують виконання певних функцій (корисної роботи з необхідною продуктивністю), при найменших витратах на їх виготовлення, експлуатацію, обслуговування і утилізацію цих виробів після закінчення терміну експлуатації.
Приступаючи до конструювання, проектувальник повинен чітко позначити три позиції:
1. Вихідні дані - будь-які об'єкти і інформація, що стосуються справи ( «що ми маємо?»);
2. Мета - очікувані кінцеві результати, величини, документи, об'єкти ( «що ми хочемо отримати?»);
3. Засоби досягнення мети - методики проектування, розрахункові формули, інструментальні засоби, джерела інформації, конструкторські навички, досвід ( «що і як робити?»).
Ретельний аналіз цієї інформації дозволить проектувальнику правильно вибудувати логічний ланцюжок «Завдання - Мета - Засоби» і максимально ефективно виконати проект.
Основні особливості конструювання:
· Багатоваріантність рішення будь-якої задачі. Одну і ту ж задачу при проектуванні зазвичай можна вирішити безліччю способів. Проводиться зіставлення конкуруючих варіантів і вибір одного з них - оптимального на основі певних критеріїв (маса, ціна, технологічність);
· Узгодження прийнятих рішень з загальними і специфічними вимогами, що пред'являються до конструкції, а також з вимогами ГОСТів (що регламентують не тільки конструкцію, розміри і вживані матеріали, але і терміни, визначення, умовні позначення, систему вимірювання, методи розрахунку і т.д.) ;
· Узгодження прийнятих рішень з існуючим рівнем технології виготовлення деталей.
Вимоги, що пред'являються до конструкції, можуть бути, як пред'являються замовником, так і вимоги, що формулюються на основі аналізу умов виготовлення, експлуатації, обслуговування, утилізації, а також вимог нормативних документів.
1.1.3 Основні вимоги до конструкції деталей машин.
При проектуванні машини або механізму відпроектувальника, крім функціональності, Потрібно забезпечити надійність і економічність.
функціональність -здатність відповідати своєму призначенню. Критерії функціональності: Потужність, продуктивність, коефіцієнт корисної дії, габарити, енергоємність, матеріаломісткість, точність, плавність ходу і т.п.
надійність - властивість вироби зберігати в часі свою працездатність, тобто здатність виконувати свої функції, зберігаючи задані показники протягом заданого періоду часу. Надійність буває характеристика міцності і триботехнические (ізносовие).
економічність визначається вартістю матеріалу, витратами на виробництво і експлуатацію.
Основні критерії надійності: міцність, жорсткість, зносостійкість, корозійна стійкість, теплостійкість, вібростійкість.
Значення того чи іншого критерію для даної деталі залежить від її функціонального призначення та умов роботи. Наприклад, для кріпильних гвинтів головним критерієм є міцність, для ходових гвинтів - зносостійкість. При конструюванні деталей їх працездатність забезпечують, в основному, вибором відповідного матеріалу, раціональної конструктивної формою і розрахунком розмірів за головними критеріями.
міцність зазвичай є головним критерієм працездатності більшості деталей. Деталь не повинна руйнуватися або отримувати залишкові деформації під впливом робочого навантаження. Слід пам'ятати, що руйнування частин машини може призвести не тільки до простоїв, а й до нещасних випадків.
Умова міцності: Напруження в матеріалі деталі не повинні перевищувати допустимі:
У деяких випадках перевірку міцності зручніше проводити за визначенням коефіцієнта запасу міцності:
жорсткість характеризується зміною розмірів і форми деталі під навантаженням. Розрахунок на жорсткість передбачає обмеження пружних переміщень деталей в межах, допустимих для конкретних умов роботи. Наприклад, недостатня жорсткість валів в редукторах призводить до їх прогину, що погіршує якість зачеплення зубчастих коліс і умови роботи підшипникових вузлів.
Умова жорсткості: Переміщення точок деталі (деформація) під впливом робочих навантажень не повинна перевищувати дозволеної величини, яка визначається умовами нормальної роботи. Наприклад, стрілка прогину балки не повинна перевищувати допустимої величини:
Кут закручування вала не повинен перевищувати допустимої величини:
Зносостійкість.Зношування - процес поступової зміни розмірів і форми деталей в результаті тертя. При цьому збільшуються зазори в підшипниках, що направляють, в зубчастих зачеплення, в циліндрах поршневих машин, а це знижує якісні характеристики машин - потужність, к.к.д., надійність, точність. Деталі, зношені більше норми бракують і замінюють при ремонті. При сучасному рівні техніки 85-90% машин виходять з ладу в результаті зношування і тільки 10-15% з інших причин.
Умова зносостійкості: Тиск на тертьових поверхнях не повинно перевищувати допустимої величини:
Корозійна стійкість.Корозія - процес руйнування поверхневих шарів металу в результаті окислення. Корозія є причиною передчасного руйнування багатьох конструкцій. Через корозію щорічно втрачається до 10% обсягу, що виплавляється. Для захисту від корозії застосовують антикорозійні покриття ( нікелювання, цинкування, вороніння, кадміювання, фарбування) Або виготовляють деталі зі спеціальних корозієстійких матеріалів ( нержавіюча сталь, кольорові метали, пластмаси).
теплостійкість. Нагрівання деталей машин може викликати: зниження міцності матеріалу і поява повзучості, зниження захищає здатності масляних плівок, і, отже, збільшення зносу, зміна зазорів в сполучених деталях, що може привести до заклинювання або заїдання. Щоб уникнути шкідливих наслідків, проводять теплові розрахунки і, якщо необхідно, вносять відповідні конструктивні зміни (наприклад, штучне охолодження).
Вібростійкою. Вібрації викликають додаткові змінні напруги і, як правило, призводять до втомного руйнування деталей. У деяких випадках вібрації знижують якість роботи машин, наприклад точність обробки металорізальних верстатів і якість оброблюваної поверхні. Крім того, з'являється додатковий шум. Найбільш небезпечні резонансні коливання.
Крім критеріїв надійності при проектуванні до деталей ставляться такі вимоги:
економічність. Конструкція машини, форма і матеріал її деталей повинні бути такими, щоб забезпечити мінімальну вартість її виготовлення, експлуатації, обслуговування, утилізації.
технологічність виготовлення. Форма і матеріал деталей повинні бути такими, щоб виготовлення деталі вимагало мінімальних витрат праці, часу, коштів.
Безпека. Конструкція деталей повинна забезпечувати безпеку персоналу при виготовленні, експлуатації та обслуговуванні машини.
Деталі машин (Від франц. Détail - подробиця)
елементи машин, кожен з яких представляє собою одне ціле і не може бути без руйнування розібраний на простіші, складові ланки машин. Д. м. Є також науковою дисципліною, що розглядає теорію, розрахунок і конструювання машин. Число деталей в складних машинах досягає десятків тисяч. Виконання машин з деталей перш за все викликано необхідністю відносних рухів частин. Однак нерухомі і взаємно нерухомі частини машин (ланки) також роблять з окремих з'єднаних між собою деталей. Це дозволяє застосовувати оптимальні матеріали, відновлювати працездатність зношених машин, замінюючи лише прості і дешеві деталі, полегшує їх виготовлення, забезпечує можливість і зручність збірки. Д. м. Як наукова дисципліна розглядає наступні основні функціональні групи. Корпусні деталі ( мал. 1
), Що несуть механізми і інші вузли машин: плити, що підтримують машини, що складаються з окремих агрегатів; станини, що несуть основні вузли машин; рами транспортних машин; корпуси ротаційних машин (турбін, насосів, електродвигунів); циліндри і блоки циліндрів; корпуси редукторів, коробок передач; столи, санчата, супорти, консолі, кронштейни та ін. Передачі - механізми, що передають механічну енергію на відстань, як правило, з перетворенням швидкостей і моментів, інколи з перетворенням видів і законів руху. Передачі обертального руху, в свою чергу, ділять за принципом роботи на передачі зачепленням, що працюють без прослизання, - зубчасті передачі (Див. Зубчаста передача) ( мал. 2
, А, б), черв'ячні передачі (Див. Черв'ячна передача) ( мал. 2
, В) і ланцюгові, і передачі тертям - ремінні передачі (Див. Ремінних передача) і фрикційні з жорсткими ланками. За наявністю проміжного гнучкого ланки, що забезпечує можливість значних відстаней між валами, розрізняють передачі гнучким зв'язком (ремінні і ланцюгові) і передачі безпосереднім контактом (зубчасті, черв'ячні, фрикційні і ін.). По взаємному розташуванню валів - передачі з паралельними осями валів (циліндричні зубчасті, ланцюгові, ремінні), з пересічними осями (конічні зубчасті), з перехресними осями (черв'ячні, гіпоїдні). За основною кінематичною характеристикою - передавальному відношенню - розрізняють передачі з постійним передавальним відношенням (редуцирующие, підвищувальні) і із змінним передавальним відношенням - ступінчасті (коробки передач (Див. Коробка передач)) і безступінчаті (Варіатор и). Передачі, що перетворюють обертальний рух в безперервне поступальний або навпаки, розділяють на передачі гвинт - гайка (ковзання і кочення), рейка - рейкова шестерня, рейка - черв'як, довга полугайка - черв'як. Вали й осі ( мал. 3
) Служать для підтримування обертових Д. м. Розрізняють вали передач, що несуть деталі передач - зубчасті колеса, шківи, \u200b\u200bзірочки, і вали корінні і спеціальні, що несуть, крім деталей передач, робочі органи двигунів або машин знарядь. Осі, що обертаються і нерухомі, знайшли широке застосування в транспортних машинах для підтримки, наприклад, непровідних коліс. Вали, що обертаються або осі спираються на Підшипник і ( мал. 4
), А поступально переміщаються деталі (столи, супорти і ін.) Рухаються по напрямних (Див. Напрямні). Опори ковзання можуть працювати з гідродинамічним, аеродинамічним, аеростатичного тертям або змішаним тертям. Опори кочення кулькові застосовуються при малих і середніх навантаженнях, роликові - при значних навантаженнях, голчасті - при обмежених габаритах. Найбільш часто в машинах використовують підшипники кочення, їх виготовляють в широкому діапазоні зовнішніх діаметрів від одного мм до кількох м і масою від часток г до кількох т. Для з'єднання валів служать муфти. (Див. Муфта) Ця функція може поєднуватися з компенсацією похибок виготовлення і збірки, пом'якшенням динамічних дій, управлінням і т.д. Пружні елементи призначаються для віброізоляції і гасіння енергії удару, для виконання функцій двигуна (наприклад, часові пружини), для створення зазорів і натягу в механізмах. Розрізняють кручені пружини, спіральні пружини, листові ресори, гумові пружні елементи і т.д. Сполучні деталі є окремою функціональною групою. Розрізняють: нероз'ємні з'єднання (Див. Нероз'ємних з'єднань), що не допускають роз'єднання без руйнування деталей, сполучних елементів або сполучного шару - зварні ( мал. 5
, а), Паяні, заклепувальні ( мал. 5
, Б), клейові ( мал. 5
, В), вальцьовані; роз'ємні з'єднання (Див. Роз'ємні з'єднання), що допускають роз'єднання і здійснювані взаємним напрямком деталей і силами тертя (більшість рознімних з'єднань) або тільки взаємним напрямком (наприклад, з'єднання призматичними Шпонка ми). За формою приєднувальних поверхонь розрізняють з'єднання по площинах (більшість) і по поверхнях обертання - циліндричної або конічної (вал - маточина). Найширше застосування в машинобудуванні отримали зварні з'єднання. З рознімних з'єднань найбільшого поширення набули нарізні сполучення, Здійснювані гвинтами, болтами, шпильками, гайками ( мал. 5
, Г). Прообрази багатьох Д. м. Відомі з глибокої давнини, найдавніші з них - важіль і клин. Понад 25 тис. Років тому людина стала застосовувати пружину в луках для метання стріл. Перша передача гнучким зв'язком була використана в лучковому приводі для добування вогню. Ковзанки, робота яких заснована на терті кочення, були відомі понад 4000 років тому. До перших деталей, що наближається за умовами роботи до сучасних, відносяться колесо, вісь і підшипник в візках. У стародавні часи і при будівництві храмів і пірамід користувалися Воріт ами і Блок ами. Платон і Арістотель (4 ст. До н. Е.) Згадують у своїх творах про металевих цапфах, зубчастих колесах, кривошипи, ковзанках, поліспастах. Архімед застосував в водопідйомне машині гвинт, мабуть, відомий і раніше. У записках Леонардо да Вінчі описані гвинтові зубчасті колеса, зубчасті колеса з обертовими цівками, підшипники кочення і шарнірні ланцюги. У літературі епохи Відродження є відомості про ремінних і канатних передачах, вантажних гвинтах, муфтах. Конструкції Д. м. Удосконалювалися, з'явилися нові модифікації. В кінці 18 - початку 19 ст. широкого поширення набули заклепувальні з'єднання в казанах, конструкціях ж.-д. мостів і т.п. У 20 ст. заклепувальні з'єднання поступово витіснялися зварними. У 1841 Дж. Вітворта в Англії була розроблена система кріпильних різьб, що стала першою роботою по стандартизації в машинобудуванні. Застосування передач гнучким зв'язком (пасової та канатної) було викликано роздачею енергії від парової машини по поверхах фабрики, з приводом трансмісій і т.д. З розвитком індивідуального електроприводу ремінні і канатні передачі стали використовувати для передачі енергії від електродвигунів і первинних двигунів в приводах легенів і середніх машин. У 20-і рр. 20 в. широко поширилися кліноременниє передачі. Подальшим розвитком передач з гнучким зв'язком є \u200b\u200bмногокліновие і зубчасті ремені. Зубчасті передачі безперервно вдосконалювалися: цевочное зачеплення і зачеплення прямобочного профілю зі скругленнями було замінено циклоїдним, а потім евольвентним. Істотним етапом була поява круговінтового зачеплення М. Л. Новикова. З 70-х років 19 ст. почали широко застосовуватися підшипники кочення. Значного поширення набули гідростатичні підшипники і направляючі, а також підшипники з повітряним мастилом. Матеріали Д. м. У великій мірі визначають якість машин і складають значну частину їх вартості (наприклад, в автомобілях до 65-70%). Основними матеріалами для Д. м. Є сталь, чавун і кольорові метали. Пластичні маси застосовують як електроізолюючі, антифрикційні і фрикційні, корозійно-стійкі, теплоізолюючі, високоміцні (Стеклопласт), а також як володіють хорошими технологічними властивостями. Гуми використовують як матеріали, що володіють високою пружністю і зносостійкістю. Відповідальні Д. м. (Зубчасті колеса, сильно напружені вали і ін.) Виконують із загартованої або поліпшеної сталі. Для Д. м., Розміри яких визначаються умовами жорсткості, використовують матеріали, що допускають виготовлення деталей досконалих форм, наприклад незагартованої сталь і чавун. Д. м., Що працюють при високих температурах, Виконують з жаростійких або жароміцних сплавів. На поверхні Д. м. Діють найбільші номінальні напруги від вигину і крутіння, місцеві та контактні напруги, а такжепроісходіт знос, тому Д. м. Піддають поверхневим зміцненням: хіміко-термічної, термічної, механічної, термо-механічної обробки. Д. м. Повинні із заданою вірогідністю бути працездатними протягом певного терміну служби при мінімально необхідної вартості їх виготовлення і експлуатації. Для цього вони повинні задовольняти критеріям працездатності: міцності, жорсткості, зносостійкості, теплостійкості і ін. Розрахунки на міцність Д. м., Які витримують перемінні навантаження, можна вести по номінальній напрузі, за коефіцієнтами запасу міцності з урахуванням концентрації напруг і масштабного фактора або з урахуванням змінності режиму роботи. Найбільш обгрунтованим можна вважати розрахунок по заданій ймовірності і безвідмовної роботи. Розрахунок Д. м. На жорсткість зазвичай здійснюють з умови задовільної роботи зв'язаних деталей (відсутність підвищених кромок тисків) і умови працездатності машини, наприклад отримання точних виробів на верстаті. Для забезпечення зносостійкості прагнуть створити умови для рідинного тертя, при якому товщина масляного шару повинна перевищувати суму висот мікронерівностей і ін. Відхилень від правильної геометричної форми поверхонь. При неможливості створення рідинного тертя тиск і швидкості обмежують до встановлених практикою або ведуть розрахунок на знос на основі подібності за експлуатаційними даними для вузлів або машин того ж призначення. Розрахунки Д. м. Розвиваються в наступних напрямках: розрахункова оптимізація конструкцій, розвиток розрахунків на ЕОМ, введення в розрахунки чинника часу, введення імовірнісних методів, стандартизація розрахунків, вживання табличних розрахунків для Д. м. Централізованого виготовлення. Основи теорії розрахунку Д. м. Були закладені дослідженнями в області теорії зачеплення (Л. Ейлер, X. І. Гохман), теорії тертя ниток на барабанах (Л. Ейлер і ін.), Гідродинамічної теорії мастила (Н. П. Петров, О. Рейнольдс, Н. Е. Жуковський і ін.). Дослідження в області Д. м. В СРСР проводяться в Інституті машинознавства, Науково-дослідному інституті технології машинобудування, МВТУ ім. Баумана та ін. Основним періодичним органом, в якому публікуються матеріали про розрахунок, конструюванні, вживання Д. м., Є «Вісник машинобудування». Розвиток конструювання Д. м. Відбувається в наступних напрямках: підвищення параметрів і розробка Д. м. Високих параметрів, використання оптимальних можливостей механічних з твердими ланками, гідравлічних, електричних, електронних та ін. Пристроїв, проектування Д. м. На термін до морального старіння машини, підвищення надійності, оптимізація форм у зв'язку з новими можливостями технології, забезпечення досконалого тертя (рідинного, газового, кочення), герметизація сполучень Д. м., виконання Д. м., що працюють в абразивному середовищі, з матеріалів, твердість яких вище твердості абразиву, стандартизація та організація централізованого виготовлення. Літ .: Деталі машин. Атлас конструкцій, під ред. Д. Н. Решетова, 3 вид., М., 1968; Деталі машин. Довідник, т. 1-3, М., 1968-69. Д. Н. Решетов.
Велика Радянська Енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .
Дивитися що таке "Деталі машин" в інших словниках:
Сукупність конструкційних елементів і їх комбінацій, що представляє собою основу конструкції машини. Деталлю машини називають таку частину механізму, яка виготовляється без складальних операцій. Деталі машин є також наукової та ... Вікіпедія
деталі машин - - Тематики нафтогазова промисловість EN machine components ... Довідник технічного перекладача
1) від. складові частини і їх найпростіші з'єднання в машинах, приладах, апаратах, приладах та ін .: болти, заклепки, вали, шестерні, шпонки і т. п. 2) Наук. дисципліна, що включає теорію, розрахунок і конструювання ... Великий енциклопедичний політехнічний словник
Цей термін має також інші значення див. Шпонка. Монтаж шпонки в паз вала Шпонка (від польск. Szponka, через нього. Spon, Span тріска, клин, підкладка) деталь машин і механізмів довгастої форми, що вставляється в паз ... ... Вікіпедія
