И основы конструирования

ДЕТАЛИ МАШИН

(Курс лекций для студентов) Специальность-Технология машиностроения

Рыбинск · 2007

УДК 621.81

АННОТАЦИЯ

В учебном пособии изложены разделы, соответствующие программе одноименного курса. Рассмотрены вопросы расчета и конструирования деталей и узлов общего применения в машиностроении. Выбраны основные темы проектирования передач трением и зацеплением, разъемных и неразъемных соединений, валов и осей, подшипников качения и скольжения, муфт и др. Положительная особенность учебного пособия состоит в наличии большого количества выполненных автором иллюстраций, которые дают наглядное представление по каждому изучаемому вопросу.

Автор надеется, что доступность и краткость изложения учебного материала, выбранная последовательность изложения будут способствовать успешному изучению студентами дисциплины «Детали машин и основы конструирования».

ЛЕКЦИЯ № 1

Курс «ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ» занимает два семестра.

Лектор – доктор технических наук, профессор ТРУСОВ ВАЛЕНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ.

Осенний семестр:

· Лекции – экзамен в конце семестра по всему курсу.

· Практические занятия – посвящены расчетам.

· Три расчетные графические работы – оформляются дома.

Весенний семестр:

· Лабораторные работы – проводятся в аудитория №307.

· Курсовой проект занимает 5 листов А1 и сопровождается пояснительной запиской – защита КП на оценку.

В диплом идут две оценки по дисциплине: одна за экзамен, другая

– за курсовой проект.

Основной учебник:

Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для студентов втузов.-М.: Высш. шк., 1998 (и др. годы).

Дополнительный:

- Решетов Д.Н. Детали машин: Учеб. Для студентов машиностроительных специальностей вузов.- М.: Машиностроение, 1989 (и др. годы).

- Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей

машин: Учебное пособие для машиностроит. спец. Вузов.- М.: Высш. шк., 1999 (и др. годы).

- Шелофаст В.В. Основы проектирования машин.-М.: Изд-во

АПМ, 2000.- 472 с.

Методические пособия кафедры:

· Надеждин И.В. Кинематический расчет приводов технологического оборудования: Пособие.- Рыбинск:

РГАТА, 2002.- 46 с.

· Трусов В.В., Жуков Д.В. Прочностные расчеты зубчатых передач редукторов и коробок скоростей: Учебное пособие для студентов ВУЗов /РГАТА.- Рыбинск, 2003.-94 с.

· Прочностные расчеты валов редукторных передач: Пособие

/сост. В.В.Трусов.- Рыбинск: РГАТА, 2003.- 27 с.

Примечание: для курсового проектирования используются также учебные атласы с примерами конструкций редукторов и их деталей.

Содержание занятий.

На лекции выносится только тот материал, который вызывает затруднение при самостоятельном изучении предмета. Курс ДМиОК формирует базовые инженерные знания будущего специалиста. Сюда

стекаются и находят применение знания по многим предшествующим

дисциплинам, таким как инженерная графика, сопротивление материалов, материаловедение, нормирование точности, компьютерные навыки и др. В дисциплине ДМиОК комплекс знаний

«переплавляется» в умение рассчитывать и конструировать детали машин общего назначения. Здесь знания не являются «проходными», т.е. изучил-сдал-забыл. Они постоянно востребованы в дальнейшем, как в ходе учебы, так и в инженерной практической работе. Поэтому нужно неформальное отношение к занятиям с активным освоением учебного материала. Отчет студента по всему объему курса проходит в форме экзамена без разбивки на отдельные части или разделы. На подготовку к экзамену требуется не менее четырех- пяти дней.

На практических занятиях при активном участии преподавателя

осуществляется процесс расчета студентами привода, включающего в себя электродвигатель, редуктор и внешнюю передачу. У каждого студента своя схема или вариант привода, причем эта схема является заданием на курсовой проект следующего семестра. Пропуск занятия, так как обрекает студента на самостоятельное решение задачи, что потребует от него в дальнейшем значительно больше времени. Выполненные расчеты сдаются на проверку. Студент, не выполнивший в срок 3-х расчетно-графических работ, к экзамену не допускается. Практика показывает, что таких студентов бывает до

15% от группы.

О курсовом проекте. Курсовой проект выполняется студентами в основном на компьютере. Кафедра располагает САПР-классом на 18 мест. От студентов требуется самостоятельно определиться в том, как они предполагают выполнять проект. Этот учебный год целесообразно использовать не только для того, чтобы выполнить в срок курсовой проект по ДМиОК, но и получить хорошую практику компьютерного проектирования с использованием САПР. Образцы студенческих проектов представлены на стендах, и можно заранее оценить, какой объем работы ожидает каждого в следующем семестре.

Содержание дисциплины ДМиОК

Соединения

Механические передачи

Трением

Резьбовые Сварные Зубчатые Фрикционные Шпоночные Заклепочные Червячные Ременные Шлицевые Паяные Цепные

Неразъемные

Зацеплением

Разъемные

и др. С натягом Винтовые и др. и др.

Детали и узлы Валы и оси Зубчатые колеса Подшипники Муфты

и др.

СТРУКТУРА ЗНАНИЙ

Назначение, принцип действия, устройство

Критерий работоспособности

Материалы, смазка и др.

Расчетные нагрузки, действующие и допускаемые напряжения

Содержание методик проектного и поверочного расчетов

Введение

Деталь – представляет собой часть от конструкции машины, которую изготавливают без сборочных операций. Иными словами, это элементы

на которые можно разобрать ту или иную машину. Деталью является,

например, гайка или болт, зубчатое колесо или пружина, корпус и т.п. О каких машинах идет речь в нашем предмете? По назначению машины условно подразделяются на три группы: энергетические, технологические или рабочие и информационные. Для нашей специальности интерес представляют только рабочие машины, а именно металлорежущие станки, автоматические линии, роботы и т.п.

Есть разновидности деталей, которые применяются почти во всех рабочих машинах, так называемые, детали машин общего назначения – зубчатые колеса, валы, оси, винты и т.п. К узлам общего назначения относятся, например, подшипники. Большинство деталей и узлов общего назначения нормализованы и стандартизованы. Дисциплина

«Детали машин и основы конструирования» занимается вопросами

расчета и проектирования деталей и узлов общемашиностроительного применения. Детали же специального назначения, встречаемые в отдельных видах машин, такие как, шпиндель станка, коленчатый вал двигателя и т.п. являются предметом изучения других курсов.

Узел есть законченная сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение – муфта, редуктор и т.п. Простейший узел – подшипник – включается, как

составная часть, в более сложный узел – редуктор – который в свою

очередь оказывается узлом изделия или машины.

Основные требования к деталям и узлам машин

Как определить качество конструкции детали? Совершенство конструкции детали оценивается по ее надежности и экономичности.

Надежность – свойство детали, узла, машины сохранять во времени свою работоспособность.

Экономичность – характеристика, связанная со стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основными критериями работоспособности деталей машин являются:

· прочность;

· жесткость;

· износостойкость;

· коррозионная стойкость;

· теплостойкость;

· виброустойчивость.

Для одних деталей важен один критерий, а для других – иной.

Например, для крепежных винтов главным критерием служит прочность, а для ходовых винтов суппортов станков – износостойкость или жесткость, или и то и другое.

В соответствии с перечнем критериев работоспособности необходим ответный перечень инженерных методик расчета деталей машин, т.е. расчет на прочность, расчет жесткости и т.д.

Работоспособность деталей машин обеспечивается:

· выбором соответствующего материала;

· рациональной конструктивной формой;

· расчетом размеров по главным критериям работоспособности.

ЛЕКЦИЯ № 2

Основные критерии работоспособности.

Прочность – главный критерий работоспособности большинства деталей, т. к. разрушение частей машин приводит к тяжелым последствиям. Различают разрушение вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Расчеты на прочность в курсе ДМиОК имеют форму инженерных расчетов применительно к конкретным деталям. Для зубчатых колес одна методика расчета, для валов и осей – своя и т. д.

Жесткость – изменение размеров и формы деталей под нагрузкой. Характеризует упругую податливость и представляет собой

отношение приращения силы к величине деформации под действием этого приращения силы. Расчеты на жесткость предусматривают

ограничение упругих перемещений в заданных пределах, чтобы выполнялось условие y < [y], где [y] – предельно допустимая

деформация. Нормы жесткости деталей устанавливают на основе опыта

эксплуатации и проектирования.

Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения, в ходе которого увеличиваются зазоры в подшипниках, направляющих и в других подвижных соединениях. Снижается КПД, точность перемещений и т. п.

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла под действием окисления. Считается, что из-за коррозии ежегодно теряется до 10% выплавляемого металла. Расчетов на долговечность по коррозии пока нет. Необходимы меры по защите деталей от коррозии.

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызывать вредные последствия. Например, понижается защищающая способность масляных пленок из-за потери необходимой вязкости. Изменяются зазоры в сопрягаемых деталях, что может вызвать заклинивание или заедание. Снижается прочность материала и появляется ползучесть. Понижается точность работы машины. Все перечисленное заставляет делать тепловые расчеты и, если необходимо, вносить изменения в конструкцию, например, вводить искусственное охлаждение.

Виброустойчивость. Вибрации вредны, т.к. они вызывают дополнительные переменные напряжения. При обработке деталей на станке вибрации снижают точность и качество поверхности. Вибрации увеличивают шум. Расчеты на колебания приобретают все большее значение, но сложны в точном математическом описании.

Основные требования к материалам

При выборе материала конструктору следует учитывать:

· Соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочности, износостойкости и др.).

· Требование к массе и габаритам детали и машины в целом.

·	Соответствие технологических свойств	материала
	конструктивной форме детали и способу ее обработки.
· ·	Стоимость и дефицитность материала. Фрикционные свойства и т.д.

Надежность деталей машин

Период жизненного цикла машины включает три этапа, от которых зависит ее надежность:

· Проектирование.

· Производство.

· Эксплуатация.

При проектировании закладываются основы надежности. Плохо продуманные и неотработанные конструкции не бывают надежными.

При производстве обеспечиваются все средства повышения надежности, предусмотренные конструктором. Отклонение от конструкторской документации нарушает надежность.

При эксплуатации реализуется надежность изделия. Безотказность и долговечность проявляются только в процессе работы машины. Зависят от методов и условий эксплуатации, технического обслуживания, режимов работы и т.д.

Для повышения надежности необходимо:

· Проектировать по возможности простые изделия с меньшим числом деталей;

· Использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию (с целью повышения запасов прочности);

·Организовывать хорошую систему смазки;

· Предусматривать предохранительные устройства от случайных перегрузок;

·Использовать стандартные узлы и детали;

· Обеспечивать в конструкции легкий доступ к узлам и деталям для осмотра или замены;

· Применять статически определимые системы, как более надежные.

Этапы проектирования машин

(ГОСТ 2.103-68)

Последовательность и характер создания конструкторской документации определены стандартом и включают пять этапов:

1. Техническое задание (ТЗ);

2. Техническое предложение;

3. Эскизный проект;

4. Технический проект;

5. Рабочая документация.

Техническое задание освещает назначение объекта, его особенности; задается производительность, надежность и долговечность, энергоемкость, стоимость и многое другое. Работа над техническим заданием предполагает одновременное участие заказчика и исполнителя.

Техническое предложение. Дается технико-экономическое обоснование и сравнительная оценка различным вариантам возможных решений с учетом патентных материалов.

Эскизный проект. Разрабатываются варианты общих видов объекта и основных узлов. Определяются вопросы, которые подлежат исследованиям и экспериментальной проверке.

Технический проект. Разрабатывают общие виды и узлы проектируемого изделия, уточняют конструкцию деталей.

Рабочая документация. Сюда относится изготовление чертежей общих видов и узлов, подвергшихся уточнению после технического

проектирования. Чертежи деталей, спецификации, техническая

документация на изготовление, сборку и испытание.

Дата добавления: 2014-01-20