Лекции по "Деталям машин"

 

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ  УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ПРОМИСЛОВОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

для самостійної роботи студентів

з дисципліни      ДЕТАЛІ МАШИН

для немеханічних специальностей:

090401 - "Металургія чорних  металiв";

 090403 - "Ливарне виробництво чорних та кольорових металiв";

 090404 - "Обробка металів тиском";

091604 - "Xiмічнa технологія палива та вуглецевих матеріалів";

 092203 - "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод";

 092501- " Автоматизоване управління технологічними процесами та виробництвом".

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                        Склала ст. викл. Геніна Г.В.

 

 

 

                                                                                                                                         ЗАТВЕРДЖЕНО

                                                                                                                                       На засіданні методичної комісії 
                                                                                                                                         Протокол №       від          200   р.

                                                                

 

 

Кривий Ріг

2008 р.

                                                     § 1. ВВЕДЕНИЕ

   · Курс «Детали машин» дает  основы расчета на прочность и жесткость деталей машин общего назначения, учит выбирать материалы, дает правила конструирования с учетом технологии изготовления и эксплуатации машин.

    · Изучаемые детали и узлы общего назначения делятся на три основные группы (на три основных модуля ):

1) механические передачи (фрикционные, зубчатые, червячные, винт-гайки, ременные, цепные);

2) детали и узлы, обслуживающие передачи (валы, подшипники, муфты и др.);

3) детали соединений и соединения (резьбовые, заклепочные, сварные и др.).

   Детали и узлы, которые встречаются только в специальных типах машин, называют деталями и узлами специального назначения (клапаны, поршни, шатуны, шпиндели станков и т. п.); их изучают в специальных курсах («Двигатели внутреннего сгорания», «Металлорежущие станки» и т. д.).

    · Машина - механическое устройство, предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства, транспортирования или преобразования энергии. Машину собирают из отдельных механизмов, деталей и узлов.

   · Механизм - система   подвижно   соединенных   тел,   предназначенная   для преобразования движения одного или нескольких тел в целесообразные движения других тел (например, зубчатые передачи редуктора -  поз. 3 на рис.0.1).

   · Деталь - изделие из однородного материала, изготовленное без применения сборочных операций (корпус редуктора -  поз.3 на рис. 0.1; винт – поз. 9 на рис. 0.1)

   · Узел - сборочная единица, которую можно собирать отдельно от изделия в целом, выполняющая  определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями изделия (муфты – поз. 2 и 4 на рис. 0.1; подшипник – поз.10 на рис. 0.1).

По характеру рабочего процесса и назначению машины можно разделить  на три класса:

I класс - машины-двигатели, преобразующие тот или иной вид энергии в механическую работу (двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и др.);

II класс - машины-преобразователи (генераторы), преобразующие механическую энергию (полученную от машины-двигателя) в другой вид энергии (например, электрические машины - генераторы тока);

       III класс - машины-орудия (рабочие машины), использующие механическую энергию, получаемую от машины-двигателя, для выполнения технологического процесса, связанного с изменением свойств, состояния и формы обрабатываемого объекта (металлообрабатывающие станки, прокатные станы и др.), а также машины, предназначенные для выполнения транспортных операций (конвейеры, подъемные краны, насосы и т. д.).

 

     Пример.  Ленточные конвейеры на металлургических заводах являются основным средством для транспортирования руды, концентрата, шихты, кокса, известняка и агломерата. Ленточный конвейер (рис.0.1, а) представляет собой бесконечную прорезиненную ленту 6, натянутую на два барабана 5 и 7, один из которых служит для приведения ленты в движение, а другой — для ее натяжения. Приводной барабан 5 приводится в движение электродвигателем 1 через редуктор 3, соединенные между собой эластичной 2 и зубчатой 4 муфтами. Этот узел конвейера называют приводной станцией (рис. 0.1, б).Натяжная станция (рис. 0.1, в) конвейера имеет раму 11, на которой установлен барабан 7, вал которого установлен в подшипнике 10, перемещающемся с помощью регулирующих винтов 9. Лента охватывает приводной и натяжной барабаны. Поддерживают ее роликовые опоры 8 и направляют боковые ролики 12. Холостую ветвь ленты поддерживают ролики 13.

 

 

                                                             Рис. 0.1

 

 

 

§ 2. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

 

 

 

 

 

   · Работоспособность - состояние детали, при котором она способна выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативно-технической документации.

Основными критериями работоспособности деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

 

   · Прочность - способность материала детали не разрушаясь, воспринимать заданные нагрузки. Прочность является главным критерием работоспособности деталей.

В большинстве технических расчетов под нарушением прочности понимают не только разрушение, но и возникновение пластических деформаций.

Наиболее распространенным методом  оценки прочности деталей машин является сравнение расчетных (рабочих) напряжений, возникающих в деталях машин под действием нагрузок, с допускаемыми ( см. формулы 16…20)

Кроме обычных видов разрушения деталей (поломок) наблюдаются также  случаи, когда под действием нагрузок, прижимающих детали одну к другой, возникают местные напряжения и деформации. Наличие этих контактных напряжений может привести к разрушению деталей. Поэтому для многих деталей (а зависит это от конструкции, воспринимаемых нагрузок, условий работы и других факторов) проводится расчет по условию контактной прочности.

 

   · Жесткость - способность деталей сопротивляться изменению их формы под действием приложенных нагрузок. Наряду с прочностью это один из важнейших критериев работоспособности машин. Иногда размеры деталей (таких, как длинные оси, валы и т. п.) окончательно определяются расчетом на жесткость.

 

   · Износостойкость - сопротивление деталей машин и других трущихся изделий изнашиванию.

Изнашивание - процесс разрушения поверхностных слоев при трении, приводящий  к постепенному  изменению размеров, формы, массы и состояния поверхности деталей (износу).

При расчетах деталей на износ либо определяют условия, обеспечивающие для них трение со смазочным материалом, либо назначают для трущихся поверхностей соответствующие допускаемые давления.

         Изнашивание деталей можно уменьшить следующими конструктивными, технологическими и эксплуатационными мерами:

  - создать при проектировании деталей условия, гарантирующие трение со смазочным материалом;

  - выбрать соответствующие материалы для сопряженной пары;

  - соблюдать технологические требования при изготовлении деталей;

  - наносить на детали покрытия;

  - соблюдать режимы смазывания и защиты трущихся поверхностей от абразивных частиц.

 

   · Теплостойкость - способность деталей сохранять нормальную работоспособность в допустимых (заданных) пределах температурного режима, вызываемого рабочим процессом машин и трением в их механизмах. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, имеет место в тепловых двигателях, электрических машинах, литейных машинах и в машинах для горячей обработки материалов. Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия:

  - понижение прочности материала и появление остаточных деформаций, так называемое явление ползучести (наблюдается в машинах с очень напряженным тепловым режимом);

  - понижение защищающей способности масляных пленок, а следовательно, увеличение износа трущихся деталей;

  - изменение зазоров в сопряженных деталях; в некоторых случаях понижение точности работы машины; для деталей, работающих в условиях многократного циклического изменения температуры, могут возникнуть и развиться микротрещины, приводящие в отдельных случаях к разрушению деталей.

Для обеспечения нормального теплового  режима работы деталей и узлов  машин в ряде случаев выполняют  специальные расчеты, например, тепловой расчет червячных редукторов.

 

   · Виброустойчивость - способность деталей и узлов работать в нужном режиме без недопустимых колебаний (вибраций). Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и могут привести к усталостному. разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибрации возрастает, поэтому расчеты параметров вынужденных колебаний приобретают все большее значение.

 

 

Модуль 1.   МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

 

§ 3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 Для приведения в движение машин-орудий необходима механическая энергия. Эта энергия получается в электрических, тепловых и других машинах-двигателях. Чаще всего механическая энергия, используемая для привода в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя.

Как правило, вал двигателя имеет иную, обычно большую, угловую скорость (частоту вращения), чем вал приводимой машины. В сравнительно редких случаях ведомый вал может быть непосредственно связан с ведущим валом (примером является вентилятор); обычно между валами двигателя 1, машины-орудия 3 вводят промежуточные устройства 2, которые называют передачами (рис. 1.1).

 

           рис.1.1

В современных машинах передача энергии может осуществляться механическими, гидравлическими, пневматическими и другими устройствами. В курсе «Детали машин» рассматривают только механические передачи.

 Механическими передачами, или просто передачами называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда - с преобразованием видов движения.

Передачи между машиной-двигателем и машиной-орудием вводят по следующим  причинам:

· скорость исполнительного органа в процессе работы машины-орудия необходимо изменять (например, у автомобиля, грузоподъемного крана, токарного станка), а скорость машины-двигателя чаще постоянна (например, у электродвигателей);

· нередко от одного двигателя необходимо приводить в движение  несколько  механизмов  с  различными  скоростями;

· в отдельные периоды работы исполнительному органу машины требуется передать вращающие моменты, превышающие моменты на валу машины-двигателя, а это возможно выполнить за счет уменьшения угловой скорости вала машины-орудия;

· в тех случаях, когда рабочие органы машины совершают возвратно-поступательное движение (например, суппорт строгального станка), а двигатель имеет вращающийся вал (электродвигатель и др.).

 Механические передачи классифицируют :

· по принципу передачи движения

 - трением (фрикционна - рис.1.2, а и ременная - рис.1.3, а);

 - зацеплением (зубчатые - рис.1.2, б; червячные - рис.1.2, в; цепные - рис.1.3 ,б; передачи винт-гайка - рис.1.2 г, д);

· по способу соединения деталей

  - передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи                   винт – гайка - рис.1.2);

       -передачи с гибкой связью (ременная, цепная -  рис.1.3).

                                                                                                                                             

                                             Рис.1.2                                                                                       Рис.1.3                                                                                                                                                       

§ 4. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

   · Фрикционная передача — механическая передача, служащая для передачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движения в поступательное) между валами    с    помощью    сил    трения, возникающих    между дисками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и прижимаемыми один к другому. Фрикционные передачи состоят из двух катков (рис.1.4): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой F_r , так что сила трения R_f в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы F_t .