2 Примерная программа дисциплины
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ВУЗОВ РОССИИ
ПО ОБРАЗОВАНИЮ В ОБЛАСТИ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Рекомендуется УМО для направления подготовки бакалавров 190600.62 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов
1. Цели и задачи дисциплины.
Целью дисциплины является углубление и закрепление знаний по теоретическим основам расчета, конструирования и надежной эксплуатации составных частей машин и механизмов.
Задачами изучения дисциплины является выработка знаний о конструкциях, типаже, критериях работоспособности и теории работы составных частей машин, методах расчета деталей машин в совместной работе и привитие навыков конструирования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате, изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- основные требования работоспособности деталей машин и виды отказов деталей;
- типовые конструкции деталей и узлов машин, их свойства и области применения;
- принципы расчета и конструирования деталей и узлов машин.
Уметь:
- конструировать узлы машин в соответствии с техническим заданием;
- подбирать справочную литературу, стандарты, а также прототипы конструкций при проектировании;
- учитывать при конструировании требования прочности, надежности, технологичности, экономичности, стандартизации и унификации, охраны труда, промышленной эстетики;
- выбирать наиболее подходящие материалы для деталей машин и рационально их использовать;
- выполнять расчеты типовых деталей и узлов машин, пользуясь справочной литературой и стандартами;
- оформлять графическую и текстовую конструкторскую документацию в полном соответствии с требованиями ЕСКД.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр | |
Общая трудоемкость дисциплины | 126 | 5 | |
Аудиторные занятия | 72 | * | |
Лекции | 36 | * | |
Практические занятия (ПЗ) | 18 | * | |
Лабораторные работы (ЛР) | 18 | * | |
Самостоятельная работа | 54 | * | |
Курсовой проект (работа) | КП | * | |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Э | * |
4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ (или С) | ЛР |
1. Детали машин. | ||||
1. | Вводные положения. | 2 | ||
2. | Механические приводы машин, их проектирование. | 4 | 2 | 2 |
3. | Валы и оси. | 2 | 2 | |
4. | Опоры валов. | 4 | 2 | 4 |
5. | Муфты. | 4 | 2 | 4 |
6. | Соединения. | 4 | 4 | 2 |
2. Основы конструирования. | ||||
7. | Вводные положения. | 2 | ||
8. | Привод и его параметры. | 4 | 2 | 4 |
9. | Назначение, задачи и экономические основы конструирования. | 4 | 2 | |
10. | Электроприводы машин. | 4 | 2 | 2 |
11. | Проектирование рабочей документации. | 2 |
4.2. Содержание разделов дисциплины.
Раздел 1. Детали машин.
4.2.1.1. Вводные положения.
Предмет и содержание дисциплины. Роль машиностроения в реализации достижений науки и техники (краткий исторический экскурс). Основные задачи дисциплины.
Понятие детали и узла. Классификация деталей машин. Требования к деталям и узлам машин. Нагрузки. Общие вопросы расчета деталей машин по основным критериям работоспособности.
4.2.1.2. Механические приводы машин, их проектирование.
Назначение и структура привода. Основные характеристики. Назначение и классификация передач. Кинематический расчет привода.
Передачи с гибкой связью. Ременные передачи. Общие сведения, принципы действия, назначение. Виды ремней. Область применения передач. Кинематика, геометрия. Упругое скольжение по шкивам. Силы, действующие на ремень и на валы. Напряжения в поперечном сечении ремня. Плоскоременные передачи, их расчет. Клиноремённые передачи. Конструкция ремня клиноремённой передачи. Особенности расчёта клиноремённых передач. Поликлиновые передачи, особенности их расчёта. Шкивы ремённых передач.
Фрикционные передачи. Бесступенчатые вариаторы. Общие сведения, основные характеристики, оценка передач.
Цепные передачи, их основные характеристики, классификация. Принцип действия, назначение. Геометрические параметры, материалы. Кинематика и динамика. Допускаемое давление в шарнирах. Критерии работоспособности и расчета цепных передач.
Зубчатые передачи. Общие сведения, классификация, оценка, область применения. Геометрия зубчатых передач. Смещение инструмента. Способы изготовления. Критерии работоспособности и расчета зубчатых передач. Контактные напряжения и контактная прочность. Расчётная нагрузка и коэффициент расчётной нагрузки.
Расчёт прямозубых цилиндрических передач на прочность по контактным напряжениям, определение основных параметров. Расчёт прямозубых цилиндрических передач на прочность по напряжениям изгиба. Косозубые и шевронные передачи. Расчёт косозубых цилиндрических передач на контактную и изгибную выносливость.
Конические передачи. Силы в зацеплении. Расчёт по контактным и изгибающим напряжениям. Особенности расчёта планетарных передач.
Передачи Новикова, планетарные, волновые, рычажные, их оценка, особенности расчёта.
Материалы применяемые для изготовления зубчатых передач. Виды термообработки. Допускаемые напряжения: контактные и изгибающие.
Червячные передачи. Общие сведения. Классификация. Геометрия колеса и червяка. Кинематика, силы. Виды разрушения и критерии работоспособности Особенности расчета на прочность. Допускаемые напряжения. Тепловой расчет, смазка и охлаждение.
Передачи винт гайка, Общие сведения, критерии работоспособности.
Редукторы: конструкции, основные параметры, последовательность проектирования.
4.2.1.3. Валы и оси.
Соединения типа вал - втулка. Классификация валов и осей. Конструирование и расчет по основным критериям работоспособности: прочности, жесткости, вибростойкости.
Шпоночные соединения. Классификация, подбор и проверка ненапряженных шпонок. Шлицевые соединения, расчеты на прочность. Конструирование шпоночных и шлицевых соединений.
Соединения деталей с натягом. Конструкции, технология сборки. Расчет посадок и прочности деталей.
4.2.1.4. Опоры валов.
Подшипники качения. Классификация, система условных обозначений. Характеристика основных типов подшипников. Конструирование опор валов.
Теория работы подшипников. Алгоритм подбора по динамической и статической грузоподъемности.
Подшипники скольжения. Конструкции, материалы. Режимы работы. Смазочные материалы. Расчет подшипников скольжения.
4.2.1.5. Муфты.
Классификация и подбор муфт. Конструкции и расчет глухих, жестких и компенсирующих муфт.
Конструкции и расчет упругих компенсирующих муфт. Сцепные и предохранительные муфты.
4.2.1.6. Соединения.
Классификация соединений. Соединения стержней, листов и корпусных деталей; соединения вал-ступица; соединения валов; соединения труб. Соединения неразъемные и разъемные. Соединения фрикционные и нефрикционные (зацеплением). Общие правила конструирования соединений. Области применения.
Сварные соединения. Общие сведения. Виды сварки. Классификация швов, критерии работоспособности. Расчет сварных соединений встык и внахлестку. Конструирование сварных соединений.
Резьбовые соединения. Материалы. Основные параметры резьбы. Классификация соединений. Теория винтовой пары. Распределение нагрузки по виткам резьбы. Расчет элементов резьбы и одиночных резьбовых соединений. Конструирование и расчет групповых резьбовых соединений.
Прессовые, клеммовые, штифтовые соединения. Заклёпочные, клеевые, соединения. Общие сведения и особенности расчёта.
Шпоночные и шлицевые соединения.
Раздел 2. Основы конструирования.
4.2.2.7. Вводные положения.
Машинные агрегаты как единые динамические системы с комплексом кинематических, технологических и конструктивных связей. Критерии технического уровня и качества механических систем машинных агрегатов. Основные условия синтеза и функции цели. Ограничения синтеза.
4.2.2.8. Привод и его параметры.
Установление взаимосвязей параметров механических систем машинных агрегатов с их структурой и энерговооруженностью. Структурно-функциональные схемы агрегатов и их динамические и математические модели. Приведение сил, масс, жесткостей. Взаимосвязь кинематических, силовых, инерционных и жесткостных параметров машинных агрегатов по устойчивости и минимизации динамичности их колебательных систем. Основные требования к передаточным механизмам и к распределению масс в механических системах. Условия минимизации низкочастотных силовых возмущений и фильтрации высокочастотных составляющих внешней нагрузки.
4.2.2.9. Назначение, задачи и экономические основы конструирования.
Долговечность, эксплуатационная надежность, унификация, секционирование,
метод базового агрегата, конвертирование, компаундирование, модифицирование, агрегатирование, унифицированные ряды.
Методика конструирования. Общие правила конструирования. Конструктивная преемственность, выбор конструкции. Метод инверсии. Компонование.
Стадии разработки машин. Техническое задание, техническое предложение, эскизный и технический проекты, рабочая документация. Виды и комплектность конструкторских документов. Правила выполнения рабочих чертежей деталей, сборочных чертежей, чертежей общих видов, габаритных, монтажных. Текстовые документы ТЗ, ТУ, ТО, ИН, П, Ведомости. Общие требования к текстовым документам. Программы и методики испытаний: заводских, ведомственных и государственных.
Конструирование узлов и деталей машин. Конструирование деталей механически обрабатываемых, литых, штампованных, из пластмасс. Сменность изнашиваемых деталей, унификация, устранение подгонки, принцип самоустанавливаемости, сопряжение по нескольким поверхностям, составные конструкции. Конструирование корпусных деталей. Конструирование соединений.
4.2.2.10. Электроприводы машин.
Приводы машин. Современные тенденции в их развитии. Двигатели, их типы и сравнительные характеристики. Схемы соединения двигателей, передаточных и
исполнительных механизмов. Соединение последовательное, разветвленное, с замкнутыми контурами. Многодвигательные системы.
Редукторы, моторредукторы и их типовые модули. Виды и назначение. Конструкции цилиндрических, конических, червячных и планетарных редукторов. Особенности проектирования.
Механические коробки передач. Современные тенденции в их развитии. Структурные построения, диапазоны регулирования. Разбивка передаточного отношения по ступеням. Механизмы переключения, синхронизаторы. Планетарные коробки передач. Автоматические коробки скоростей.
Типовые сборочные единицы и их проектирование. Корпусные узлы, способы их получения и конструирования. Сборочные единицы валов с плавающими и фиксирующими опорами. Безопорные валы планетарных агрегатов, особенности их проектирования.
4.2.2.11. Проектирование рабочей документации.
Компьютерное проектирование деталей и узлов в AutoCad. Детали общего назначения (зубчатые колеса, валы, вал-шестерни, крышки подшипников, корпусные детали). Требования к рабочей документации.
5. Лабораторный практикум.
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ |
1. | 4.1.1.2. | Ознакомление с конструкцией зубчатого и червячного редукторов (разборка и сборка). |
2. | 4.1.1.4. | Ознакомление (в металле) с типовыми конструкциями подшипников качения. |
3. | 4.1.1.5. | Ознакомление (в металле) с наиболее распространенными конструкциями муфт. |
4. | 4.1.1.6. | Ознакомление с конструкциями болтовых и сварных соединений. |
5. | 4.1.1.2.,4.1.1.6. | Исследование скольжения в клиноременной передаче. |
6. | 4.1.1.2., 4.1.1.6., 4.1.2.8. | Экспериментальное изучение моментов трения в подшипниках качения и скольжения. |
7. | 4.1.1.4, 4.1.2.10. | Изучение типовых узлов с подшипниками качения. |
8. | 4.1.1.4.,4.1.2.8. | Изучение вариаторов (определение диапазона регулирования). |
9. | 4.1.1.5., 4.1.2.8. | Снятие характеристик упругих муфт. |
5.1. Практикум по Деталям машин и основам конструирования:
1. Расчет цепной передачи.
2. Расчет цилиндрической прямозубой и косозубой передач.
3. Расчет зубчатой конической передачи.
4. Расчет червячной передачи.
5. Расчет осей, валов.
6. Подбор подшипников качения.
7. Определение функционального назначения привода, его режима работы,
кинематический расчет привода, выбор электродвигателя.
8. Проектирование и расчёт передачи с гибкой связью (быстроходной ступени).
9. Проектирование и расчёт передачи зацеплением (тихоходной ступени).
10. Выбор и проверочный расчёт муфты, выбор способов смазки.
11. Конструирование корпуса редуктора.
5.2. Курсовой проект:
Курсовой проект является заключительным этапом изучения "Детали машин и основы проектирования" и выполняется с использованием ЭВМ. Основной целью проекта является овладение методикой и навыками самостоятельного решения инженерных задач.
Выполнение курсового проекта является важным этапом, способствующим закреплению, углублению, обобщению знаний, полученных студентами за время обучения. В процессе проектирования студент должен получить навыки в применении теоретических знаний для решения конкретных задач, приобрести умение пользоваться справочной литературой, стандартами, таблицами, периодической литературой, использовать знания, полученные при изучении других общетехнических дисциплин.
Задание на курсовой проект предусматривает расчет и конструирование комбинированного привода общего назначения, содержащего передачу с гибкой связью (ременную или цепную), зубчатый или червячный редуктор и (в вариантах с одноступенчатым редуктором) открытую цилиндрическую или коническую передачу.
Объем проекта: расчетно-пояснительная записка 30-35 страниц формата А4 и 3 листа графической части формата А1. Расчетно-пояснительная записка содержит выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчеты привода, расчеты основных узлов и деталей, входящих в курсовой проект.
На первом листе графической части выполняется общий вид привода в двух проекциях, на втором изображается сборочный чертеж редуктора 2-3 проекции; на третьем - рабочие чертежи деталей привода. На рабочих чертежах должны быть проставлены допуски и посадки, обозначена шероховатость согласно ГОСТ 2.309-73, показаны допустимые отклонения формы, указана термообработка и твердость.
К проекту должна быть составлена спецификация на листах формата А4, которая включается в расчетно-пояснительную записку.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература, а) основная литература:
1. , Финогенов машин: Учебник. - М: Высшая школа,
2002. - 408 с.
2. Иванов машин. - М.: Высшая школа, 1998, 2000, 2002. - 383 с.
3. , Леликов узлов и деталей машин:
Учебное пособие. - М: Высшая школа, 2001. - 447 с.
4. , Леликов машин: Курсовое проектирование. - М.:
Машиностроение, 2002.
5. , Карнаухов и расчет механических передач.
-М.: Колос, 2000.
6. Анурьев конструктора-машиностроителя. Том 1,2,3. - М.:
Машиностроение, 2001. Т.1 - 920 с, Т.2 - 900 с, Т. З - 847 с.
7. Детали машин: Атлас конструкций. Учебное пособие. В 2-х ч. /Под ред. Д. Н.
Решетова. - М.: Машиностроение, 1992. - 4.1 - 351 с, 4.2 - 296 с.
8. Проектирование механических передач. /Под ред. , Г. А.
Снесарева. - М.: Машиностроение, 1984. - 558 с.
9. Подшипники качения. Справочник - каталог. /Под ред. и
. - М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.
10. Поляков B. C., , Ряховский по муфтам. - Л.:
Машиностроение, 1979. - 343 с.
11. , Ревков клиноременные и фрикционные
передачи (вариаторы). - М.: Машиностроение, 1980. - 320 с.
12. Общие правила выполнения чертежей. ЕСКД (ГОСТ 2.301 ... 2.321) - М.: Изд-
во стандартов, 1991.
13. КОМПАС - ГРАФИК для WindowsTM. Руководство пользователя. Части 1 и 2.
АОАСКОН, 2001.
14. , A. AutoCAD 2000; практический курс - М.: "ДЕСС
КОМ", 2000.
15. и др. Проектирование механических передач. - М.:
Машиностроение, 1976, 1979, 1984, 1988.
16. , , и др. Курсовое проектирование
по дисциплинам кафедры машин и механизмов: Учебное пособие. - М.: Издание Военно-
инженерного университета, 2005. - 346 с.
17. , Галевко машин и основы конструирования: Передачи:
Учебное пособие. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. - 332 с.
18. Жулай машин: Курс лекций: Учебное пособие. - Воронеж: Изд.
Воронеж, гос. арх.-строит, ун-та, 2006. - 232 с.
б) дополнительная литература:
1. Серенсен СВ. и др. Валы и оси. - М.: Машиностроение, 1970.
2. Анфимов . Атлас. - М.: Машиностроение, 1965.
3. Н, , Сыцко . Справочное пособие. - М.:
Машгиз, 1965.
4. и др. Справочные таблицы по деталям машин. - М.: Машгиз, 1965.
5. Единая система конструкторской документации. Основные положения. - М.:
Изд-во стандартов, 1988.
6. Материалы в машиностроении. Справочник Т 1-5. М.: Машиностроение, 1967
7. Орлов конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х
кн. - М.: Машиностроение, 1988. Кн. 1 - 580 с, кн. 2 - 542 с.
8. Анурьев конструктора-машиностроителя. Том 1,2,3. - М.: Машиностроение, 1994. Т1 - 816 с, Т2 - 783 с, Т. З - 732 с.
9. Машьянов и конструирование червячной передачи: Учебное
пособие. - - Тюмень, Изд. Тюменского филиала ВИУ, 2004. - 76 с.
10. , , Лунин передач привода автомобиля:
Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Рязань: Изд. Рязанской
ГСХА, 2005.- 114 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Наглядные пособия (плакаты, модели и пр.), фрагменты учебных теле - и кинофильмов по отдельным разделам дисциплины, компьютерные программы.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
1. Аудитория для проведения лекционных и практических занятий, оборудованная в
соответствии с нормативами, утвержденными Минобрнауки России.
2. Компьютерный класс на 12 посадочных мест с набором прикладных программ по
дисциплине, обеспечивающих выполнение курсовых работ.
3. Специализированная лаборатория с набором необходимых демонстрационных средств, макетов и набора плакатов и оборудования для выполнения лабораторных работ, обеспечивающих получение знаний по дисциплине.
Минимальный перечень оборудования для выполнения практических работ и лабораторного практикума включает:
- образцы деталей соединений, передач, муфт, подшипников, пружин;
- образцы редукторов и коробок скоростей;
- атласы редукторов и деталей машин;
- программы расчета на ЭВМ цилиндрических, конических, червячных,
- планетарных, волновых, ременных и цепных передач;
- программу расчета на ЭВМ массы редуктора;
- программу расчета на ЭВМ технического уровня редуктора.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Занятия должны проводиться с учётом новейших достижений научно-технического прогресса в этой области знаний в специализированной аудитории, оснащённой современным оборудованием и необходимыми техническими средствами обучения.
Для изучения и полного освоения программного материала по дисциплине должна быть использована учебная, справочная и другая литература, рекомендуемая настоящей программой, а также профильные периодические издания.
Наиболее трудоемкие разделы дисциплины для лучшего усвоения учебного материала рекомендуется подкрепить выполнением курсового проекта.
8.1. Вопросы к экзамену:
1. Задачи дисциплины. Роль отечественных ученых в развитии машиностроения и курса.
2. Основные требования к проектируемым машинам. Определения: деталь,
сборочная единица, машина.
3. Критерии работоспособности деталей и узлов машин.
4. Механические передачи: назначение, классификация.
5. Ременные передачи: определение, область применения, классификация,
оценка, материалы ремней.
6. Геометрия и кинематика ременных передач. Силы и напряжение в ремнях.
7. Расчет плоскоремеиной передачи по тяговой способности.
8. Особенности конструкции, работы и расчет клиноременной передачи.
9. Зубчатые передачи: назначение, область применения, классификация.
10. Виды повреждений зубьев. Критерии работоспособности, расчетные
11. Силы, действующие в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи.
12. Силы, действующие в зацеплении косозубой цилиндрической передачи.
13. Определение удельной расчетной нагрузки прямозубой цилиндрической
14. Определение удельной расчетной нагрузки косозубой цилиндрической
15. Расчет зубьев ЦЗП по контактным напряжениям.
16. Проверочный расчет зубьев ЦЗП по напряжениям изгиба.
17. Проектный расчет ЦЗП по напряжениям изгиба.
18. Червячные передачи (ЧП): назначение, область применения, классификация,
19. Геометрия и кинематика ЧП.
20. Силы, действующие в зацеплении ЧП.
21. Определение удельной расчетной нагрузки ЧП.
22. Виды повреждений витков и зубьев ЧП. Критерии работоспособности,
расчетные критерии.
23. Расчет ЧП по контактным напряжениям.
24. Расчет зубьев червячного колеса по напряжениям изгиба.
25. КПД червячной передачи. Тепловой расчет редуктора. Способы
искусственного охлаждения.
26. Валы и оси: назначение, конструкции и применяемые материалы.
27. Виды повреждений валов и осей. Критерии работоспособности, расчетные
критерии. Ориентировочный (предварительный) расчет валов.
28. Приближенный расчет валов и осей (расчет на статическую прочность).
29. Уточненный расчет валов и осей (расчет на усталостную выносливость).
30. Подшипники качения (ПК): устройство, назначение, классификация,
обозначение, оценка.
31. Материалы, применяемые для ПК. Основные виды повреждений ПК,
критерии работоспособности, расчетные критерии. Расчет ПК по статической
грузоподъемности.
32. Расчет ПК по динамической грузоподъемности. Долговечность ПК.
33. Муфты: назначение, классификация. Виды несоосностей валов.
34. Жесткие муфты. Конструкция и расчет втулочной муфты.
35. Конструкция и расчет фланцевой муфты с болтами, поставленными с
зазором и без зазора.
36. Упругие муфты: назначение, основные характеристики.
37. Конструкция и расчет упругой муфты с торообразной оболочкой.
38. Жесткие компенсирующие муфты. Конструкция и проверочный расчет зубчатой
муфты.
39. Соединения: определение, назначение, классификация.
40. Резьбовые соединения (PC): назначение, классификация, основные
параметры, оценка. Сравнение прямоугольной и треугольной резьб по трению.
41. Теория винтовой пары: моменты завинчивания и отвинчивания, КПД,
условия самоторможения.
42. Распределение осевой нагрузки по виткам резьбы. Конструкции PC с
улучшенным распределением нагрузки по виткам.
43. Расчет элементов резьбы на прочность и износостойкость.
44. Виды повреждений PC, критерии работоспособности, расчетные критерии.
Расчет PC, нагруженного внешней осевой силой.
45. Расчет PC, нагруженного усилием и моментом затяжки.
46. Расчет эксцентрично нагруженных PC.
47. Шпоночные соединения: назначение, классификация, оценка.
48. Расчет призматических, сегментных, цилиндрических шпонок.
49. Шлицевые (зубчатые) соединения: назначение, область применения, оценка.
Прямобочные шлицевые соединения, способы центрирования. Эвольвентные и
треугольные шлицевые соединения.
50. Виды повреждений шлицевых соединений (ШлС), критерии
работоспособности. Расчет ШлС по напряжениям смятия.
51. Сварные соединения: назначение, область применения, оценка. Основные
конструкции сварных швов.
52. Расчет стыковых и точечных швов.
53. Расчет нахлесточных сварных соединений.
54. Основные принципы и формы организации проектирования.
55. Проектные и рабочие стадии разработки конструкторской документации.
