Основные положения

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Детали машин – это дисциплина, изучающая основы расчета и конструирование деталей и узлов машин общего назначения.

Раздел №1: Требования к машинам и деталям

Машина – это устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или замены физического и умственного труда.

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН

энергетические машины ( предназначены для преобразования видов энергии: электродвигатели, турбины) информационные машины (предназначены для сбора, хранения, переработки и использования информации) рабочие машины

транспортные (предназначены для перемещения изделий, грузов или людей: автомобили, самолеты)

технологические ( предназначены для изменения формы, размеров или внутренних свойств обрабатываемого предмета: станки, термические агрегаты)

В структурном отношении машина представляет собой единый комплекс механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей, обеспечивающих выполнения присущих функций.

Механизм – это система твердых тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

кривошипно-шатунный механизм компрессора кулачковый механизм кривошип - ползунный

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе сборочными операциями.

Узел – сборочная единица, которую можно собирать отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения.

а) подшипник качения

б) муфта упругая

Деталь – часть машины, изготовленная из одноименного на марке и наименованию материала без применения сборочных единиц.

а) вал

б) винт

в) заклепка

г) колесо зубчатое цилиндрическое

Анализируя конструкции различных машин, их узлов и деталей, не

трудно заметить, что многие типы деталей и узлов встречаются почти во всех машинах с одними и теми же функциональными назначениями, например болты, валы, механические передачи, подшипники, муфты и др. Эти деталии(узлы) называют деталями общего назначения; их теорию, расчет и конструирование изучают в курсе «Детали машин». Все другие детали (узлы), применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (шпиндели станков, коленчатые валы, поршни, шатуны, канаты и т. п.), относят к деталям специального назначения и изучают в соответствующих специальных курсах.

Детали общего назначения применяют в машиностроении в очень больших количествах (в одном автомобиле более пяти тысяч деталей, в самолете – более миллиона, в стране ежегодно изготовляют миллионы зубчатых колес), поэтому любое усовершенствование методов расчета, правил и норм конструирования этих деталей позволяет уменьшить затраты материала, повысить долговечность, дает большой экономический эффект.

Все детали и узлы общего назначения делят на три основные группы: соединительные детали и соединения (сварные, резьбовые, шпоночные и др.); передачи вращательного движения (ременные, зубчатые, червячные и др.); детали и узлы, обслуживающие передачи (валы, подшипники, муфты и др.).

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАШИНАМ

В соответствии с современными направлениями развития машиностроения, к проектируемым машинам предъявляются следующие основные требования:

производительность точность экономичность технологичность надежность и долговечность удобство и безопасность в обслуживании современный дизайн транспортабельность

Экономичность. При проектировании и изготовлении новых машин

экономические показатели должны всегда стоять на одном из первых мест. Стоимость машины определяется технологичностью конструкции, затратами

на материалы (например, в редукторах общего назначения это составляет 85%, в автомобилях – 70%), на изготовление и обработку ее деталей. Масса проектируемой машины – важнейший технико-экономический параметр. Часто этот параметр является исходным при проектировании (например, при проектировании самолетов, ракет и т. д.). Для снижения массы и стоимости машин во всех случаях, где это возможно, следует применять облегченные тонкостенные профили проката, а также прогрессивные методы изготовления деталей и узлов.

Для снижения стоимости машин большое значение имеет замена дорогостоящих конструкционных материалов, таких, как цветные металлы и их сплавы, а также легированные стали, более дешевыми ма териалами из металлопорошков, пластмасс и др.

Экономичность машины при ее эксплуатации зависит от точности изготовления и правильности монтажа ее деталей и узлов, внимательного ухода за машиной, что влияет на эксплуатационные расходы во время работы и на долговечность. Рабочий должен как можно меньше времени тратить на управление, осмотр и уход за машиной.

Технологичность – основа экономичности конструкции. Технологичной называют такую конструкцию, которая обеспечивает заданные эксплуатационные показатели при наименьших затратах времени, труда, материалов и средств на ее создание в конкретных условиях данного производства. Удовлетворение требованиям технологичности является одним из важных условий создания экономически выгодных машин. Технологичность деталей машин в основном зависит от материала формы и способа получения ее заготовки, требуемой точности изготовления и шероховатости обрабатываемых поверхностей. При проектировании всегда следует предпочитать детали цилиндрической или конической формы, как наиболее простые и дешевые для обработки. Применяемые материалы должны быть пригодны для безотходной обработки (штамповка, прокатка и волочение, точное литье, сварка, лазерная обработка и т. д.) и ресурсосберегающей технологии.

Детали должны быть изготовлены таким образом, чтобы была возможна сборка машины, которая является весьма трудоемкой (до 50% общей трудоемкости изготовления машин падает на сборочные операции). От сборки в большой степени зависит надежность машин. Поэтому при проектировании надо уделять большое внимание осуществлению удобной сборки

и разборки, исключить ручные пригоночные операции, стремиться к удобной компоновке узлов, обеспечивающей надежное смазывание трущихся частей, удобный ремонт и быструю замену изношенных деталей. Все ответственные и изнашивающиеся детали должны быть легкодоступны для осмотра, ремонта и сборки.

При расчетах, конструировании и изготовлении машины должны соблюдать стандарты:

- международные (ISO)

- государственные (ГОСТы)

- отраслевые (ОСТы)

- предприятия (СТП)

Машиностроительные стандарты – документы, содержащие обязательные нормы, правила и требования в сфере проектирования, производства, эксплуатации и ремонта машин.

Наиболее эффективный метод стандартизации унификация – рациональное сокращение числа объектов одинакового функционального назначения, сведение к min типоразмеров деталей.

Требования к деталям которые проектируются

Критериями работоспособности деталей является их прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость. Под надежностью деталей и сборочных единиц понимают их свойство сохранять работоспособность в течение заданного срока эксплуатации.
В зависимости от назначения детали ее расчет ведут по одному или нескольким критериям. Например, валы рассчитывают на прочность, жесткость, виброустойчивость, а для резьбовых и сварных соединений главным критерием является их прочность.

прочность - способность деталей сопротивляться разрушению или эластическому деформированию под действием нагрузок.

Различают статическую (нарушение статической прочности обычно связано с перегрузками) и усталостную (вызываются длительными действиями переменных напряжений) прочность деталей. Повышают прочность за счет рациональной формы детали, устранения концентратов напряжений, применения поверхностного упрочнения.

жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой.

Жесткость деталей обеспечивает требуемую точность машины. Роль жесткости как критерия работоспособности непрерывно возрастает в связи с повышением быстроходности машин, снижения массы и габаритов деталей.

износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивления изнашиванию.

Изнашивание – процесс разрушения поверхностных слоев при трении, заключающихся в отделении материала с поверхности детали и приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхности деталей. 85-90% машин выходит из строя в результате изнашивания!!!

Износ – результат процесса изнашивания.

теплостойкость – способность деталей работать в пределах заданных температур в течение установленного срока службы.

С увеличением температуры ухудшаются механические свойства материалов, снижаются вязкость смазочных материалов, увеличивается изнашивание, изменяются зазоры, возрастают динамические нагрузки.

5. виброустойчивость – способность детали работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

Вибрации снижают качество работы машин, вызывают дополнительные переменные напряжения в деталях, увеличивают шум. Особенно опасными являются колебания. Виброустойчивость является критерием работоспособности машин, от которых требуется высокая плавность работы и малошумность. Выбор критерия работоспособности производится исходя из условий работы детали, ее конструкции и характера возможного разрушения.

*При конструкции деталей машины выполняют расчеты:

- проектировочный (дополнительный).

По главным критериям работоспособность определяет основные размеры детали.

- проверочный (уточненный).

Под известным размером и форме детали определим из проектировочного расчета или принятым конструктивно, находят и сравнивают их с допускаемыми.