Автор: Пользователь скрыл имя, 03 Марта 2013 в 17:37, курс лекций
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.);
рис. 3.26
· Конструкция стыковых швов. Стыковые швы имеют преимущественное распространение вследствие простоты конструкции. В зависимости от толщины свариваемых деталей и обработки кромок стыковые швы делят на следующие типы:
-шов с отбортовкой кромок (рис. 3.30, а) - рекомендуется для тонколистовых материалов (d < 2 мм); одна или две кромки деталей отбортовываются;
-односторонний без скоса кромок (рис. 3.30, 6) - шов сваривается без обработки кромок листов при их толщине δ £ 8 мм;
-односторонний со скосом одной кромки (рис. 3.30, в) - обрабатывается только одна кромка деталей толщиной δ£ 12 мм;
-односторонний со скосом двух кромок (рис. 3.30, г) - применяется при толщине деталей d£ 25 мм;
-двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 3.30, д) - кромки обрабатываются у одной
детали с двух сторон, толщиной 5 до 40 мм;
-двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок (рис. 3.30, е) - толщина свариваемых деталей d » 60 мм.
Стыковые швы, показанные на рис. 3.31, а, называют прямыми, на рис. 3.31, б - косыми. Косые стыковые швы применяют для увеличения рабочей длины шва.
рис. 3.29
· Конструкция угловых (валиковых) швов. Угловые швы применяют в нахлесточных соединениях, в соединениях с накладками, в тавровых и угловых соединениях. По своей прочности они уступают стыковым швам. По профилю поперечного сечения угловые швы могут быть:
- нормальные (рис. 3.32, а ); катет шва принимается равным толщине листа ( К = 8);
- вогнутые ( рис. 3.32, б ) с катетом шва К = 0,8d;
- выпуклые ( рис. 3.32, в );
- специальные (рис. 3.32,г ); их профиль представляет неравнобедренный прямоугольный треугольник (один из катетов К = d ).
Вогнутые швы повышают стоимость сварного соединения (требуют дополнительной механической обработки), выпуклые - вызывают повышенную концентрацию напряжений. Наиболее приемлем нормальный профиль углового шва. Специальные швы применяют при переменных нагрузках.
· По расположению шва относительно действующей нагрузки угловые швы конструктивно разделяют на:
- лобовые, расположенные перпендикулярно к линии действия нагрузки F ( рис. 3.25, а); длина лобовых швов не ограничивается;
- фланговые, расположенные параллельно линии действия нагрузки F ( рис. 3.25, б); максимальная длина флангового шва принимается lщ = (50 … 60)К;
- комбинированные, состоящие из лобовых и фланговых швов. · Нахлесточные соединения и соединения с накладками сваривают угловыми швами.По своей прочности нахлесточные соединения уступают стыковым. Их применяют, когда по конструктивным соображениям стыковые швы применить невозможно. Соединения с накладками применяют, когда сварные швы не обеспечивают необходимой равнопрочности. В конструкциях, подверженных действию вибрационных и знакопеременных нагрузок, нахлесточные соединения и соединения с накладками применять не рекомендуется (создается значительная концентрация напряжений). Для обеспечения нормальных условий работы нахлесточных соединений размер перекрытия шва (нахлестку) принимают lп £ 4 d ( рис. 3.25, а). Длину накладок принимают конструктивно. · Прорезные и пробочные соединения. Прорезные соединения представляют собой щель шириной (2…4) d и длиной до 25d, вырезанную в одной из деталей с последующей сваркой угловым швом 1 по периметру прорези ( рис. 3.28). Эти соединения применяют, когда требуется улучшить скрепление элементов нахлесточного соединения или для уменьшения длины шва. Изготовление прорезей усложняет изготовление, поэтому применение прорезных швов допускается только в особых случаях. В пробочных соединениях (электрозаклепках) отверстия в обеих деталях заливаются металлом ( рис. 3.29). Эти соединения применяют при незначительных действующих на шов нагрузках.
Конструкционные стали | ||
Углеродистые стали |
Легированные стали | |
Стали общего назначения Преимущественно применяют
стали группы А, включающей марки Ст0,Ст1,…,Ст7. |
Качественные стали Обозначают двузначными цифрами, указывающими содержание углерода в сотых долях процента, так например в Стали 35 содержится 0,35% углерода. |
Легированные стали
дополнительно обозначают буквами,
указывающими основные легирующие элементы: В-вольфрам;Г-марганец;Д-медь;Н |
|
Низкоуглеродистые стали общего назначения применяют для деталей, требующих в процессе изготовления гибки, пробивки отверстий без последующего отжига или холодной высадки с большим деформированием материала (элементы металлических конструкций, котлов и других резервуаров, крепежные изделия—заклепки, винты, шайбы). Основными материалами металлических крановых и строительных конструкций являются стали Ст3 и Ст3кп. Среднеуглеродистые стали общего назначения применяют для относительно слабонагруженных деталей без последующей термической обработки. В случаях взаимного скольжения не-закаленных сталей их необходимо выполнять из материалов разной твердости из-за повышенной склонности к схватыванию деталей из одинакового материала.
|
Стали углеродистые качественные конструкционные преимущественно применяют для деталей, подвергаемых термической обработке, при средней напряженности. Они дороже сталей обыкновенного качества примерно на 25%. Углеродистые стали с повышенным содержанием марганца ввиду хорошей их прокаливаемости применяют для изготовления крупных деталей и деталей повышенной прочности и износостойкости. Для деталей, изготовляемых на автоматических металлорежущих станках и требующих гладкой поверхности и хорошей обрабатываемости резанием, применяют углеродистые стали с повышенным содержанием серы, обозначаемые так же, как и углеродистые качественные стали, но с добавлением в начале обозначения буквы А, например сталь А12 — углеродистая сернистая конструкционная сталь со средним содержанием углерода 0,12 %. Обрабатываемость сталей эффективно повышается также небольшими добавками кальция и свинца. Низкоуглеродистые качественные стали преимущественно применяют с цементацией (науглероживанием поверхностных слоев) и закалкой для деталей, требующих высокой поверхностной твердости, работающих на износ, при невысоких требованиях к прочности сердцевины. Углеродистые качественные стали со средним содержанием углерода применяют для деталей относительно небольших сечений, подвергаемых термической обработке до средней твердости. Для них целесообразны поверхностные термические и химико-термические обработки, обеспечивающее малое коробление. Детали больших сечений из углеродистых сталей не прокаливаются. Объемная закалка до высокой твердости мелких деталей из углеродистых сталей возможна, но она вызывает значительные их деформации, а иногда и появление трещин, поэтому ее применяют только для деталей простой конфигурации |
Легирование стали применяют, если к деталям предъявляют требования повышенной прочности, износостойкости или специфических свойств: жаропрочности, коррозионной стойкости и т. д. Как правило, эти стали подвергают термической обработке. Низкоуглеродистые легированные стали применяются с цементацией и закалкой для деталей, работающих на износ, особенно в условиях начального касания по линии или в точке (зубья колес, кольца подшипников) и при необходимости высокой прочности сердцевины. Среднеуглеродистые . Хромистые стали имеют по сравнению с углеродистыми повышенные прочность, износостойкость, а при значительном содержании хрома - повышенное сопротивление коррозии. Благодаря этим свойствам, а также относительно невысокой стоимости их широко применяют в машиностроении для деталей сравнительно небольших сечений. Ввиду недостаточно хорошей прокаливаемости применение этих сталей для деталей больших сечений неэффективно. Хромомолибденовые стали применяют для деталей, требующих малых деформаций при термической обработке или работающих в условиях высоких температур. Благодаря хорошей обрабатываемости эти стали применяют для зубчатых колес, у которых зубья нарезают после улучшения. Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, сочетают в себе высокую прочность и износостойкость с повышенной вязкостью; поэтому их применяют для ответственных и напряженных деталей больших сечений. Сочетание высоких механических и технологических свойств достигается введением в хромоникелевую сталь молибдена или вольфрама (20ХН2М и др.). Хромоникельмолибденовые и хромоникелевольфрамовые стали применяют для наиболее ответственных деталей сильнонапряженных машин. Из сталей, не содержащих дорогих компонентов, наилучшими механическими свойствами и относительной простотой обработки обладают хромокремнемарганцевые стали (3ОХГСА, 35ХГСА и др.). Введение в хромомарганцевые стали титана, ванадия или молибдена позволит получать стали с высокими механическими и технологическими свойствами. Титан, вводимый в малых количествах (0,06...0,15 %), приводит к измельчению зерна стали, повышает прокаливаемость, понижает склонность к перегреву. Получили распространение хромомарганцево-титановые стали 18ХГТ, 25ХГТ, а также стали с молибденом 25ХГМ и др. В
настоящее время применяют Для
деталей, упрочняемых путем азотирования Стали повышенной чистоты электрошлакового переплава обладают повышенной изгибной и контактной усталостной прочностью (на 30...40%). В
ответственных металлических Значительную группу составляют стали специального назначения: 1)шарикоподшипниковые высокоуглеродистые хромистые стали - ШХI5 (около 1 % С и 0,5...1,5% Сr),ШХ15СГи др.; 2) рессорно-пружнные стали - с повышенным содержанием кремния и марганца, а также с присадкой хрома и ванадия. В машиностроении широко применяют стали с особыми свойствами: коррозионно-стойкие (нержавеющие) и кислотоупорные; жаростойкие, жаропрочные стали и сплавы ( при температурах до 700...800 °С и выше); сплавы с заданным
коэффициентом линейного Новые способы формирования металлов позволяют получить сплавы с sВ=3500…4500 МПа. |
Отливки из углеродистой стали имеют несколько худшую структуру и соответственно более низкие механические свойства, чем стальные детали, прошедшие обработку давлением, а также труднее обрабатываются резанием. Обозначаются Сталь 15Л…55Л.
| ||
ЧУГУНЫ - железоуглеродистые сплавы с повышенным по сравнению со сталью содержанием углерода, с улучшенными литейными свойствами и пониженной пластичностью. | |||
Серый чугун. Он является основным литейным материалом. В нем большая часть или даже весь углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Для серого чугуна характерна средняя прочность, меньшая, чем у стали, из-за графитовых включений, создающих концентрацию напряжений. Он обладает удовлетворительной износостойкостью вследствие смазывающего действия графита и повышенным внутренним трением. Серые чугуны используют преимущественно для деталей относительно сложной конфигурации, требующих литой заготовки при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей, а также при невысоких скоростях скольжения на поверхностях трения. По массе чугунные детали занимают в стационарных машинах первое место; например, в станках масса чугунных деталей составляет 60...80 %.Серый чугун обозначают начальными буквами СЧ и значениями временного сопротивления при растяжении (кгс/мм2), например СЧ15 означает серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 15 кгс/мм2 (150 МПа).В чугунных отливках толщины стенок часто определяются не условиями прочности или жесткости, а технологическими соображениями. У менее прочных чугунов литейные свойства лучше, а остаточные напряжения и коробление меньше, чем у более прочных.Отливки малой прочности из чугуна СЧ10 применяют для малонагруженных и не работающих на износ деталей (кожухи, крышки и т. д.).Основное распространение имеют отливки из чугунов средней прочности, в частности корпусных и поддерживающих деталей.При повышенных требованиях к прочности применяют чугуны с шаровидным графитом. Их обрабатывают в расплавленном состоянии присадками магния или церия, что придает графиту шаровидную форму и тем самым сильно уменьшает внутреннюю концентрацию напряжений. Предел выносливости высокопрочных чугунов с шаровидным графитом при средних размерах сечений приближается к пределу выносливости стали 45 и до двух раз выше, чем у обычного чугуна СЧ20 с пластинчатым графитом.Чугун с шаровидным графитом может успешно заменять стальные отливки и поковки, а также ковкий чугун .Повышение механических свойств чугунов позволяет применять их вместо сталей для деталей, работающих в условиях значительных переменных напряжений. Характерным примером таких деталей являются коленчатые валы двигателей многих современных тракторов и автомобилей. В коленчатых валах пониженные механические свойства чугунов по сравнению с таковыми для термически обработанных сталей компенсируются более совершенной формой литых валов, существенно меньшей чувствительностью к концентрации напряжений, большим демпфированием колебаний в чугуне и меньшим модулем упругости, что уменьшает дополнительные напряжения от смещения опор. Для трущихся деталей в условиях ненапряженного режима работы и при непрерывном смазывании допустимо применение антифрикционного чугуна. |
Белые и отбеленные чугуны. Белый чугун, закаливаемый при отливке и имеющий весь углерод в связанном состоянии, характеризуется высокой твердостью (трудно обрабатывается резанием), высокой износостойкостью и жаростойкостью, высоким сопротивлением коррозии. Основные изделия из белого чугуна:
Белые чугуны по химическому составу разделяют на нелегированные и легированные -никелевые и бористые (износостойкие), высокохромистые (износостойкие и теплостойкие, высококремнистые (кислотоупорные). Отливки из отбеленного чугуна имеют в отбеленном слое структуру и свойства белого чугуна, а в основной массе - структуру и свойства серого чугуна. Отбеленный чугун применяют для изготовления прокатных валков, гидравлических цилиндров и других деталей. |
Ковкий чугун, получаемый отжигом белого | |
СПЛАВЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ | |||
Бронзы по основному, кроме меди, компоненту разделяют на оловянные, свинцовые, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др. Бронзы, как правило, обладают высокими антифрикционными свойствам, хорошим сопротивлением коррозии, универсальными технологическими свойствами (имеются литейные бронзы и бронзы, обрабатываемые давлением-алюминиевые, часть оловянных, бериллиевые, кремнистые). Все бронзы хорошо обрабатываются резанием. Указанные свойства бронзы позволяют широко применять их: 1) в узлах трения - подшипниках скольжения, направляющих, червячных и винтовых колесах, гайках ходовых и грузовых винтов; 2) в водяной, паровой и масляной арматуре.Бронзы являются важнейшими антифрикционными материалам .Бронзы обозначают буквами Бр и условными обозначениями основных компонентов, кроме меди (А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С-свинец, Ц - цинк, Ф - фосфор), и цифрами, выражающими среднее содержание соответствующих компонентов в процентах. Например, БрО10Ф1 обозначает бронзу с содержанием в среднем 10 % олова и 1 % фосфора. Оловянные бронзы являются универсальными, хорошо работающими в различных условиях. Содержание олова обычно 4...12%. Применяют также оловянные бронзы с другими компонентами: свинцом, цинком, фосфором. Свинец повышает сопротивление коррозии и позволяет уменьшить содержание олова. Оловянно-свинцовые бронзы лучше других работают с незакаленными поверхностями сопряженных деталей. Цинк и фосфор в основном улучшают технологические свойcтва бронз. Ввиду высокой стоимости применение высокооловянных бронз (10… 12% Sn) ограниченно. Свинцовые бронзы (27...33% РЬ, остальное Cu) являются хорошими подшипниковыми материалами. Недостатком бронз является склонность к ликвации (химической неоднородности при кристаллизации). Эти бронзы из-за низкой твердости применяют только в виде покрытий на более твердую основу. Необходимо, чтобы сопряженная поверхность с бронзой была закалена до значительной твердости, гладко и точно обработана. Алюминиевые бронзы с добавлением железа, а также иногда марганца и никеля применяют преимущественно как фрикционный материал при высоких давлениях, но малых и средних скоростях скольжения. Необходима закалка, достаточная точность и высокое качество рабочей поверхности сопряженной детали. |
Латуни разделяют на двойные (сплавы Cu-Zn) и сложные, дополнительно содержащие следующие компоненты: свинец, кремний, марганец, алюминий, железо. Латуни характеризуются хорошим сопротивлением коррозии, электропроводностыо, достаточной прочностью и особо хорошими технологическими свойствами. Применяют литейные латуни, обладающее высокими литейными качествами, и латуни, обрабатываемые давлением, допускающие обработку в холодном состоянии и прокатку в тонкие листы. Латуни, за исключением вязких, допускают высокие скорости резания и позволяют получать поверхности высокого качества. В связи с этим латуни применяют: для труб, гильз, проволоки; для арматуры; в приборах; в электрической аппаратуре, электромашиностроении и т. д. Латуни обозначают буквой Л и условным обозначением других основных компонентов, а также числами, выражающими среднее содержание в процентах меди и других компонентов. В марках двойных латуней указывают только одну цифру, соответствующую содержанию меди, например Л59. Двойные латуни применяют преимущественно для изделий, обрабатываемых давлением: труб, гильз, проволоки. Повышение содержание цинка у двойных и сложных латуней увеличивает прочность и уменьшает пластичность. Латуни с высоким содержанием цинка не допускают обработки давлением в холодном состоянии. В машиностроении преимущественно применяют сложные латуни. |
Баббиты - сплавы на основе мягких металлов (олова, свинца, кальция), представляющее собой высококачественные,хорошо прирабатывающиеся антифрикционные подшипниковые материалы низкой твердости, допускающие работу со значительными скоростями и давлениями . Баббиты обозначают буквой Б и цифрой, показывающей содержание олова в процентах, или вместо цифры буквой, характеризующей дополнительный компонент (Н - никель, Т- теллур, К - кальций, С – сурьма). Баббиты разделяют на следующие группы:
| |