Детали машина и основы конструирования. Детали машин и основы конструирования курс лекций

Изложены основные темы курса «Детали машин и основы конструирования». Рассмотрены основы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц машин общего назначения: соединении, механических передач, валов и осей, подшипников и муфт.
Предназначено для подготовки студентов технических специальностей вузов по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Содержание и основные задачи курса.
«Детали машин и основы конструирования» - научная дисциплина по расчету, проектированию и конструированию деталей и узлов общемашиностроительного назначения. В ее задачи входят обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и узлов конструкций.

Машина - устройство, предназначенное для выполнения полезной работы, связанной с производством, обработкой, преобразованием энергии и информации. Основу каждой машины составляют устройства, называемые механизмами.

Механизм - это система тел. предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение остальных тел. Механизм имеет ведущие и ведомые звенья.

Ведущее звено - звено, которому движение передается извне. Остальные звенья механизма, которым передается движение от ведущего звена, называют ведомыми.

Машины состоят из деталей, которые объединены в узлы.
Деталь - это элементарная часть машины, которая изготавливается без сборочных операций и не может быть разобрана без разрушения. Изготавливается из однородного по наименованию и марке материала (болты, шпильки, шпонки. заклепки и пр.).

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Тема 1. Общие принципы проектирования деталей и узлов машин
1.1. Содержание и основные задачи курса
1.2. Требования к деталям и критерии их работоспособности
1.2.1. Критерии работоспособности
1.2.2. Критерии надежности
1.2.3. Критерии экономичности
Тема 2. Общие сведения о проектировании. Выбор допускаемых напряжении
2.1. Общие сведения о проектировании
2.2. Выбор допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности
Тема 3. Сварные соединения
3.1. Общие сведения о сварных соединениях
3.2. Конструкции сварных соединений и их расчет на прочность
3.2.1. Стыковые соединения
3.2.2. Нахлесточные соединения
3.2.3. Тавровые соединения
3.3. Допускаемые напряжения в сварных соединениях
Тема 4. Резьбовые соединения
4.1. Типы и основные параметры резьб
4.2. Соотношение сил и моментов в резьбовых деталях при затяжке
4.3. Расчет резьбы на прочность
4.4. Расчет на прочность одиночных болтов при различных случаях нагружения
4.4.1. Расчет незатянутого болта, нагруженного внешней растягивающей силой
4.4.2. Расчет затянутого болта при отсутствии внешней нагрузки
4.4.3. Расчет болтов, нагруженных поперечными силами
4.4.4. Расчет болта, нагруженного эксцентричной нагрузкой
4.4.5. Расчет затянутых болтов при действии внешней нагрузки, раскрывающей стык деталей
4.5. Расчет соединений, включающих группу болтов
4.5.1. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, раскрывающей стык детали
4.5.2. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, сдвигающей детали в стыке
4.6. Расчет болтов при действии переменной нагрузки
4.7. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности материала резьбовых деталей
Тема 5. Соединение деталей с натягом
Тема 6. Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения
Тема 7. Общие сведения о заклепочных, клеммовых, паяных, клеевых и штифтовых соединениях
7.1. Заклепочные соединения
7.2. Клеммовые соединения
7.3. Паяные соединения
7.4. Клеевые соединения
7.5. Штифтовые соединения
Тема 8. Общие сведения о механических передачах
Тема 9. Фрикционные передачи
9.1. Цилиндрическая фрикционная передача
9.2. Коническая фрикционная передача
9.3. Вариаторы
9.4. Расчет на прочность фрикционных передач
Тема 10. Ременные передачи
10.1. Общие сведения
10.2. Силы в передаче
10.3. Скольжение ремня. Передаточное число
10.4. Напряжения в ремне
10.5. Критерии работоспособности ременных передач
Тема 11. Цепные передачи
11.1. Общие сведения
11.2. Приводные цепи
11.3. Звездочки
11.4. Передаточное число цепной передачи
11.5. Основные геометрические соотношения
11.6. Силы в ветвях цепи
11.7. Критерии работоспособности цепной передачи
Тема 12. Зубчатые передачи
12.1. Общие сведения
12.2. Цилиндрические зубчатые передачи
12.2.1. Геометрия и кинематика цилиндрических передач
12.2.2. Силы в передаче
12.2.3. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых колес
12.2.4. Расчет на контактную прочность цилиндрических зубчатых передач
12.2.5. Расчет на изгиб цилиндрических зубчатых передач
12.3. Конические зубчатые передачи
12.3.1. Геометрия и кинематика конических зубчатых передач
12.3.2. Силы в передаче
12.3.3. Расчет на контактную прочность конических зубчатых передач
13.3.4. Расчет на изгиб конических зубчатых передач
12.4. Основные сведения о планетарных и волновых передачах
12.4.1. Планетарные передачи
12.4.2. Волновые передачи
Тема 13. Червячные передачи
13.1. Общие сведения
13.2. Геометрия червячных передач
13.3. Кинематические параметры передачи
13.4. Силы в зацеплении
13.5. Виды разрушения зубьев червячных колес и критерии работоспособности
13.6. Расчет передачи на контактную прочность
13.7. Расчет по напряжениям изгиба
13.8. Тепловой расчет червячной передачи
Тема 14. Рычажные передачи
Тема 15. Передача винт - гайка
Тема 16. Валы и оси
16.1. Общие сведения
16.2. Расчет валов на прочность
Тема 17. Подшипники качения
17.1. Общие сведения
17.2. Виды разрушения подшипников и критерии работоспособности
17.3. Расчет на динамическую грузоподъемность и долговечность
17.4. Уплотняющие устройства в узлах подшипников качения
Тема 18. Подшипники скольжения
18.1. Общие сведения
18.2. Режимы смазки в подшипниках скольжения
18.3. Виды разрушения и критерии работоспособности
18.4. Расчет подшипников скольжения в условиях несовершенной смазки
18.5. Расчет подшипников скольжения в условиях жидкостного трения
Тема 19. Муфты
19.1. Общие сведения
19.2. Глухие муфты
19.3. Жесткие компенсирующие муфты
19.4. Упругие компенсирующие муфты
19.5. Сцепные муфты
19.6. Самоуправляемые муфты
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Детали машин и основы конструирования, Ханов A.M., 2010 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

В.Ф. Водейко

Детали машин

И основы конструирования

Учебно-методическое пособие

МОСКВА 2017

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.В. ВОДЕЙКО

ДЕТАЛИ МАШИН

И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебно-методического пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология транспортных процессов»

2017 УДК 531.8.624.042

ББК 34.41.30.121

Рецензенты:

проф. каф. «Технология конструкционных материалов» МАДИ,

д-р техн. наук, проф. Чудина О.В.

доц. кафедры строительных конструкций МАДИ,

канд. техн. наук, доц. Иванов-Дятлов В.И.

Водейко В.Ф.

Н624 Детали машин и основы конструирования. Учебно-методическое пособие.- М.: МАДИ, 2017 - 198 с.

В настоящем учебно-методическом пособии изложены принципы расчета на прочность элементов зубчатых передач, а именно, цилиндрических, конических, планетарных, червячных, исходя из основных критериев их работоспособности. Приведены принципы рационального выбора конструкционных материалов и их термической или химико-термической обработки деталей, которые работают в условиях переменных внешних нагрузок.

В пособие включены вопросы (методы) расчета плоскоременных и клиноременных передач с использованием кривых скольжения, а также расчеты на прочность разъемных и неразъемных соединений. Приведены расчеты валов на прочность, их классификация, виды повреждений и методика выбора подшипников качения в условиях действия радиальных и осевых нагрузок с учетом эксплуатационных, технологических и экономических требований. Имеется краткое описание конструкций соединительных муфт, их свойства и применение в машиностроении.

УДК 531.8:624.042

ББК 34.41:30.121

Предисловие

Предлагаемое учебно-методическое пособие подготовлено автором, в течение многих лет работающим на кафедре «Детали машин и теории механизмов» МАДИ. Материал пособия базируется на систематизации основных сведений по теоретическим вопросам проектирования машин на примерах деталей общего назначения: передач, соединений, муфт и других. Приведены практические рекомендации их расчета и конструирования.

Пособие отражает многолетние традиции отечественной инженерной школы конструирования не только общего, но и специального механического оборудования - двигателей внутреннего сгорания и других систем.

Одним из ярких представителей инженерной школы является Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д.т.н., профессор Георгий Сергеевич Маслов, который много лет был заведующим кафедрой МАДИ и членом нескольких научно-технических советов. В том числе Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ).

При написании данного пособия была поставлена цель – дать студентам в сжатой и доступной форме базовые знания о творческом процессе создания современных конструкций машин и механизмов, отвечающих ряду противоречивых требований: таких, как прочность и легкость, надежность и долговечность, технологичность и минимальная стоимость.

Cправочные данные о выпускаемых промышленностью редукторах, выборе геометрии деталей и их материалов, а также расчетных зависимостей, необходимых для курсового проектирования, представлены в списке литературы.

Настоящее пособие в значительной степени адаптировано для самостоятельной работы студентов и, особенно, студентов вечерней формы обучения.

Глава 1. Введение в курс «Детали машин и основы конструирования».

1.1. Задачи и содержание курса «Детали машин и основы конструирования»

Основная задача курса - изучение методов инженерных расчетов и проектирования на базе типовых элементов машин. Типовыми называются детали и узлы, входящие в состав большинства машин: соединения (сварные, резьбовые, шлицевые), передачи (зубчатые, червячные, ременные, цепные и др.), элементы передач (валы, подшипники, муфты).

Специальные элементы машин, применяемые в отдельных группах машин и определяющие их специфику (двигатели внутреннего сгорания, гидравлические машины) изучаются в специальных курсах, но общие методы расчета и проектирования, изучаемые в курсе «Детали машин и основы конструирования», распространяются и на специальные элементы машин.

Общая классификация деталей машин.

Передачи – механизмы, предназначенные для передачи энергии с одного вала на другой, как правило, с увеличением или уменьшением их угловых скоростей и соответствующим изменением крутящих моментов.

Детали , обслуживающие вращение (детали передач).

Соединения служат для изготовления машин из различных деталей, вызываются необходимостью соединения их между собой.

Передачи.

Машина состоит из двигателя, передачи, исполнительного механизма и системы управления.

Двигатели, исполнительные механизмы и элементы управления имеют много специфического и изучаются в специальных курсах. Наиболее общей частью всех машин является передача. Она служит для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму, изменения скорости, направления и характера движения, изменения и распределения крутящего момента и др. функций.

В современном машиностроении применяются механические, гидравлические, электрические и пневматические передачи. В курсе «Детали машин и основы конструирования» рассматриваются механические передачи, которые имеют наибольшее распространение. Они широко применяются как отдельно, так и в составе гидромеханических, электромеханических и других сложных передач.

В свою очередь механические передачи разделяются на:

1. Передачи зацеплением;

2. Передачи трением.

Передачи могут быть с постоянным передаточным числом (редукторы, ускорители) и с переменным передаточным числом (коробки перемены передач и др.).

Редукторы более распространены, чем ускорители.

Коробки передач могут быть со ступенчатым и бесступенчатым регулированием передаточного числа (автоматические).

Исходные параметры, характеризующие кинематику и динамику передачи: N д,n д,u,η . (рис 1).

Другие, интересующие конструктора параметры, являются производными:

Основные направления развития механических передач:

1. повышение и расширение диапазона передаваемой мощности и скорости;

2. повышение надежности и долговечности;

3. повышение КПД, снижение массы и габаритов;

4 расширение автоматизации работы и управления.

Зубчатые передачи. Основные достоинства:

1. высокая нагрузочная способность;

2. надежность и высокий КПД;

3. постоянство передаточного числа и широкий диапазон его изменения;

4. возможность передавать большие мощности и иметь большую частоту вращения;

5. компактность, малые нагрузки на валы и опоры.

Недостатки зубчатых передач:

1. потребность в высокой точности изготовления и монтажа для снижения вибраций, шума при больших скоростях вращения;

2. большие габариты при больших потребных межосевых расстояниях.

Пути совершенствования зубчатых передач:

1. оптимизация схемы передачи (тип, многопоточность и др.);

2. высокопроизводительные методы изготовления (накатка, протяжка и др.);

3. термохимическое и механическое упрочнение;

4. точность доводочных операций;

5. новые материалы и новые виды зацеплений;

6. точность расчетов и др.

Классификация зубчатых передач.

По взаимному расположению осей валов : цилиндрические, конические, гипоидные, винтовые. Наиболее распространены цилиндрические, как более простые и надежные. Конические, гипоидные и винтовые применяют для передачи вращения между перекрещивающимися или пересекающимися валами.

По форме зубьев : с прямыми, косыми, шевронными и криволинейными зубьями. Прямые зубья вытесняются косыми, шевронными и криволинейными как более перспективными.

По перемещению осей валов в пространстве : не планетарные, (простые) и планетарные. Применение планетарных передач расширяется.

Наибольшее распространение имеет эвольвентное зацепление благодаря простоте нарезания, возможности смещения по профилю, малой чувствительности к некоторому изменению межосевого расстояния.

Различают передачи также по точности изготовления, скорости, числу ступеней, материалу, наличию корпуса и др. особенностям.

Нормы точности изготовления зубчатых колес.

Точность зубчатых передач регламентируется по ГОСТ 1643-81 для цилиндрических зубчатых передач и ГОСТ 1758-81 для конических зубчатых передач (табл. 1)

Степень точности изготовления зубчатых колес

Таблица 1

Примечание. Зубчатые передачи редукторов должны изготовляться не ниже степени точности 8 - 7 - 7 - В (ГОСТ 1643 81).

Шероховатость рабочих поверхностей: зубьев шестерен с модулем до 5 мм – не ниже 7-го класса, зубьев колес – не ниже 6-го класса. При большем модуле – на один класс ниже.

Степень точности выбирается в зависимости от назначения и условий работы передач. Основной критерий – окружная скорость. Для общепромышленных передач с прирабатывающимися колесами (НВ≤350) степени точности выбирается по табл. 2.

Значения степени точности Таблица 2

Прямозубые передачи можно применять при V<2 м/с, а также тогда, когда осевая сила совершенно недопустима. Нужно учитывать, что в равных условиях косозубые передачи передают нагрузку в 1,35 раза большую, чем прямозубые.

Каждая степень точности характеризуется тремя нормами:

а) норма кинематической точности;

б) норма плавности работы;

в) норма контакта.

Норму кинематической точности можно принимать по таблице 2 на одну степень грубее. Например: при степени точности 7, норму кинематической точности можно принять 7 или 8.

Норма плавности работы определяет виброакустические характеристики передачи и её надо выбирать не ниже табличной. В редукторах - не грубее 8-й степени.

Пятно контакта определяет несущую способность передачи. Норму контакта принимают по таблице 2 или на одну степень выше. При, например, степени точности 8 норму контакта можно взять 8 или 7. В редукторах норму контакта - не грубее 8-й степени. В передачах с твердостью шестерни и колеса >НВ 350, с окружной скоростью 12,5 м/с следует принимать степень точности не ниже 9 - 8 - 7 - В. При скорости от 12,5 до 20 м/с не ниже 8 - 7 - 7 - В.

Независимо от степени точности стандартизирован вид сопряжения колес в порядке увеличения бокового зазора: H, E, D, С, B, A.

В сопряжениях Н – минимальный боковой зазор = 0. В передачах рекомендуют сопряжение В.

Примеры обозначения:

а) 9 - 8 - 7 - В ГОСТ 1643-81, где

9 – норма кинематической точности;

8 – норма плавности;

7 – норма контакта;

В – вид сопряжения.

б) 8 - В ГОСТ 1643-81, если по всем трём нормам назначена одна степень точности.

На контактную выносливость

2.1. Причины разрушения (отказов) зубьев.

При передаче крутящего момента Т 1 зуб подвергается изгибу, сжатию, повреждению рабочих поверхностей зубьев и износу от силы трения , (рис.5), где

f – коэффициент трения.

Повреждение рабочих поверхностей зубьев, усталостное выкрашивание зубьев, является основным видом повреждения. Причина усталостного разрушения вызвана переменными контактными и изгибными напряжениями и (рис.6). Как видно, среднее время одного цикла , т.е. оно сопоставимо с временем удара.

Усталостное выкрашивание начинается в зоне, где создаются наиболее неблагоприятные условия: большие давления и силы трения, разрыв масляной пленки и др. явления. В этой зоне появляются микротрещины, развитие которых приводит к осповидному выкрашиванию, которое разрастается в увеличивающиеся по числу и размерам раковинки, что уменьшает несущую поверхность зубьев. Начинается нарушение смазки, увеличиваются шум и вибрации. Таким образом, в месте контакта возникают контактные напряжения, вызывающие pitting – усталостное выкрашивание рабочей поверхности зубьев. При поверхностной твердости НВ <350 выкрашивание прекращается, происходит сглаживание поверхностей.

При твердости НВ ≥350 трещины на ножках зубьев вступают в зону контакта выходящими на поверхность концами. В результате – масло, находящееся в трещине, запирается и под действием внешнего давления расклинивает трещину (рис.7а). Начинается процесс прогрессивного выкрашивания, обычно вблизи полюсной линии на ножках зубьев там, где нагрузка передается одной парой зубьев (рис.7в).

в

Трещины на поверхности головок зубьев входят в зону контакта глубинными концами и в процессе перекатывания масло из трещин выжимается (рис.7б). Таким образом, смазка, кроме уменьшения трения, охлаждения поверхности контакта, снижения пики контактных напряжений, может увеличивать скорость выкрашивания поверхностей контакта.

Таблица 3

Степень точности	Коэффициент	Окружная скорость, v, м/с
	K Hv	1,03	1,06	1,12	1,17	1,23	1,28
1,01	1,02	1,03	1,04	1,06	1,07
K Fv	1,06	1,13	1,26	1,40	1,58	1,67
1,02	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25
	K Hv	1,04	1,07	1,14	1,21	1,29	1,36
1,02	1,03	1,05	1,06	1,07	1,08
K Fv	1,08	1,16	1,33	1,50	1,67	1,80
1,03	1,06	1,11	1,16	1,22	1,27
	K Hv	1,04	1,08	1,16	1,24	1,32	1,40
1,01	1,02	1,04	1,06	1,07	1,08
K Fv	1,10	1,20	1,38	1,58	1,78	1,96
1,03	1,06	1,11	1,17	1,23	1,29
	K Hv	1,05	1,10	1,20	1,30	1,40	1,50
1,01	1,03	1,05	1,07	1,90	1,12
K Fv	1,13	1,28	1,50	1,77	1,98	2,25
1,04	1,07	1,14	1,21	1,28	1,36

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями. Зависит от податливости пары зубьев и их склонности к приработке. определяется по табл.4

Таблица 4

Заметим, что в таблицах приведены также данные для определения коэффициентов и , о которых пойдет речь ниже.

Введя в формулу (2.2) W t – удельную расчетную окружную силу , получим Н/мм. (2.4)

Для определения приведенного радиуса кривизны , входящего в исходное уравнение 2.1, требуется решить два прямоугольных треугольника О1ЕР и О2DР из рис.12 при известных радиусах кривизны ρ э1 и ρ э2 . В этих треугольниках за радиус кривизны шестерни и колеса ρ 1 и ρ 2 приняты отрезки от основания перпендикуляра, опущенного на линию зацепления N-N до полюса зацепления Р , в котором косозубые колеса заменены эквивалентными прямозубыми эллиптическими колесами. Таким образом

или мм.

Подставляя все полученные данные в исходное уравнение Герца (2.1), получим .

Заменив в знаменателе и введя обозначения:

– коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев, - коэффициент, учитывающий механические свойства материала зубчатых колес, и - коэффициент, учитывающий суммарную длину линий контакта зубьев, получим формулу для проверочного расчета зубчатых колес на контактную выносливость

(2.5)

Как видно из формулы, контактное напряжение увеличивается при увеличении действия крутящего момента Т 1 и уменьшается при увеличении ширины , диаметра и угла наклона β зубчатых колес.

Коэффициент Z H в среднем равен Z H =2,5. При отсутствии смещения режущего инструмента (х=0) и пользуются формулой .

Коэффициент для стальных зубчатых колес при модуле упругости Мпа и .

При модуле упругости Мпа значение .

Коэффициент для косозубых и шевронных зубчатых передач при >0,9 , где . При =1,2…1,8 в среднем можно принять =0,9.

Для проверочного расчета при действии максимальной нагрузки с целью предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя зубьев следует пользоваться формулой:

. (2.6)

Здесь Т max – пиковый момент при пуске двигателя под нагрузкой. Находится из данных каталога на рыночные электродвигатели .

Ширина зубчатого венца.

Коэффициент ширины зубчатого венца регламентируется ГОСТ 2185-66. Для цилиндрических передач рекомендуется выбирать в зависимости от твердости колес и расположения колес относительно опор вала (табл.6).

При выборе коэффициента следует учитывать то, что при меньшей ширине колес погрешности изготовления и сборки менее сказываются, чем при широких колесах.

В косозубых передачах угол наклона .

Таблица 6

Ширину b 1 и b 2 принимают из рядов стандартных размеров R a 5 или R a 10 (ГОСТ 6636 – 69).

Вопросы для самоконтроля

1. Роль машиностроения в народном хозяйстве и основные тенденции его развития.

2. Качество изделий и его показатели.

3. Показатели надежности изделий.

5. Передачи в машинах, их типы и назначение.

6. Зубчатые передачи, их достоинства и недостатки. Классификация.

7. Нормы точности зубчатых передач и виды сопряжений. Дать пример и пояснить обозначения.

8. Геометрические зависимости в прямозубых и косозубых передачах. Преимущества и недостатки.

9. Усилия, действующие в прямозубых и косозубых цилиндрических передачах.

10. Стандартные параметры зубчатых передач.

11. Причины отказов и предпосылки к расчету цилиндрических зубчатых передач на контактную выносливость.

12. Исходная зависимость Расчетная нормальная нагрузка для прямозубых и косозубых цилиндрических передач.

13. Удельная расчетная окружная нагрузка на зуб.

14. Приведенная кривизна пары зубьев прямозубых и косозубых передач.

15. Формула проверочного расчета на контактную выносливость цилиндрических зубчатых передач.

16. Формула проверочного проектного расчетов на контактную выносливость цилиндрических зубчатых передач.

17. Формулы проверочного расчета при действии максимальной нагрузки. Эквивалентные цилиндрические зубчатые колеса.

18. Предпосылки к расчету цилиндрических зубчатых передач на изгибную выносливость. Расчетная схема и вывод расчетной зависимости.

19. Коэффициент формы зуба.

20. Формула проверочного проектного расчетов цилиндрических зубчатых передач на изгибную выносливость..

21. Коэффициент формы зуба и условие равномерности зубьев шестерни и колеса.

С прямыми зубьями

Силу нормального давления , действующую в нормальной плоскости N-N к поверхности зуба, раскладываем на две составляющие: окружную F t и вспомогательную F v . Перенося вспомогательную F v на основной рис. 20 и раскладывая её на составляющие, получим остальные силы: радиальную F r и осевую F a .

Так как крутящий момент на шестерне T 1 известен, следовательно, известно окружное усилие в среднем сечении на среднем начальном диаметре

Н (4.7)

Из сечения n-n

или

Из рис. 20а

Для колеса ; . Из рис. 20б находим равнодействующую сил F a и F r . Направление ее действия – к центру вала

Проверочный и проектный

Основными причинами выхода из строя конических колес являются усталостное выкрашивание материала с рабочих поверхностей зубьев и поломка зубьев вследствие усталости.

Расчет производится так же как расчет цилиндрической косозубой передачи с эквивалентными зубчатыми колесами и в среднем сечении зуба (Рис.22а). Такой метод позволяет использовать ранее полученные зависимости.

В исходной формуле Герца заменим приведенный радиус кривизны , на найденный из рис. 22б.

Здесь в сечении О 1 О 2 в полюсе зацепления Р отрезок АР соответствует радиусу кривизны шестерни , а отрезок ВР – радиусу кривизны колеса .

Рассматривая прямоугольные треугольники и , оставляя только знак суммы (+), поскольку конические передачи бывают только с внешним зацеплением, получим:

мм. (4.11)

Из расчета приведенного радиуса следует, что его величина изменяется пропорционально среднему диаметру шестерни, значит отношение q H /r пр (формула 2.2) постоянно и, следовательно, постоянно контактное напряжение в любом сечении. Поэтому за расчетное принимают среднее сечение зуба (рис.18б и 22а). В дополнение к этому вводится коэффициент прочности конических передач , который учитывает конструкцию зубчатых конических колес.

Принимая во внимание эти особенности, после подстановок в формулу Герца, (раздел 2.3), получим формулу для проверочного расчета на контактную прочность любых конических передач:

(4.12)

Здесь - коэффициент формы сопряженных поверхностей зубьев. Для , где β - угол наклона зуба. Если колесо с круговой формой зуба, то обычно принимают .

Для стальных колес МПа ½ .

- коэффициент, учитывающий длину контактной линии зацепления конических колес. Обычно , где , см. раздел 2.4.

- удельная расчетная окружная сила.

Коэффициент зависит от и определяется по графикам на рис.23 в зависимости от конструктивной схемы конической передачи, типа опор колес – I ш (шариковые), I р (роликовые), а также твердости материала колес.

Здесь: , . Сплошные и штрихпунктирные линии относятся к коническим передачам с прямыми зубьями.

Коэффициент прочности конических передач. Определяется по таблице 13 в зависимости от вида конической передачи, твердости материала колес и передаточного числа:

для прямозубых конических колес;

для конических колес с круговыми зубьями.

Коэффициент динамичности нагрузки - для конических колес находится по таблице 9. Он зависит от степени точности по нормам плавности работы передачи и окружной скорости колес.

Рис. 23. Изменение коэффициентов в зависимости от конструктивных соотношений в коническом зацеплении и твердости зубьев.

а) схемы передач; абсцисса на графиках ; б) для зубьев с твердостью ; в) для зубьев с твердостью

Коэффициент для конических колес

Таблица 9

Коэффициенты прочности зубьев и в конической передаче.

Таблица 10

Рис. 24. График для определения для косозубых передач:

(цифры у кривых означают степень точности по нормам плавности работы по ГОСТ 1643-81)

Коэффициент неравномерности нагрузки зубьев для колес с круговой формой зуба определяют по графику рис. 24 в зависимости от степени точности по нормам плавности работы.

Для прямозубых конических передач , - диаметр в среднем сечении зуба шестерни.

Коэффициент для конических колес Таблица 11

Степень точности по нормам плавности работы ГОСТ 1758-81	Твердость рабочей поверхности зубьев	Значение K FV при окружной скорости V м/с
V < 3	3 £ V < 8
	Н 2 < 350 HB	1,15	1,35
H 1 и H 2 > 350 HB	1,15	1,25
	Н 2 < 350 HB	1,25	1,45
H 1 и H 2 > 350 HB	1,2	1,35
	Н 2 < 350 HB	1,5	-
H 1 и H 2 > 350 HB	1,4	-

Обозначив и решая уравнение (4.12) относительно , получим формулу для проектного расчета диаметра в среднем сечении конической шестерни, одного из главных геометрических параметров:

мм. (4.13)

Здесь К d - вспомогательный коэффициент. Для конических прямозубых передач (МПа) 1/3 , и K d = 590…520 (МПа) 1/3 для передач с круговыми зубьями (); величина коэффициента относительной ширины зубчатого венца
или , при условии пропорциональности ширины колес конусному расстоянию .

На изгибную выносливость

Условие равной прочности зубьев колеса и шестерни на изгибную выносливость выглядит как равенство двух отношений:

Проверочный расчет по формуле (4.12) ведется для того из колес, у которого отношение меньше.

Вопросы для самоконтроля

1. Геометрические зависимости в конических зубчатых передачах: передаточное число, средние диаметры, внешнее и среднее конусные расстояния, коэффициент ширины?

2. Модули, применяемые в конической зубчатой передаче?

3. Эквивалентное число зубьев конических зубчатых передач?

4. Усилия, действующие в конической зубчатой паре?

5. Конические колеса с круговой формой зуба. Достоинства, недостатки, способ нарезания зубьев.

6. Особенности расчета конических зубчатых передач на контактную прочность: проверочный и проектный?

7. Особенности расчета конических зубчатых передач на изгибную выносливость: проверочный и проектный?

8. Эквивалентное и биэквивалентное число зубьев?

С учетом графика нагрузки.

При расчете зубчатых передач на контактную выносливость

допускаемые напряжения определяют раздельно для шестерни и колеса:

, МПа, (5.1)

МПа, (5.2)

где - предел контактной выносливости зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений - длительный предел контактной выносливости. Его значения определяют по таблице 14 в зависимости от средней твердости Н НВ или H HRC .

Предел контактной выносливости s H 0

Таблица 14

- коэффициент долговечности.

Здесь: - базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости, определяется по графику (Рис.28) или по формуле:

- эквивалентное число циклов перемены напряжений, определяемое в зависимости от характера и длительности действия нагрузки (рис.29).

Рис. 28. График для определения базового числа циклов перемены напряжений

При постоянном режиме нагружения ()

Машиной называется устройство, создаваемое человеком, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности.

Под материалами понимаются обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т. д.

Машину характеризуют следующие признаки :

преобразование энергии в механическую работу или преобразование механической работы в другой вид энергии;

определённость движения всех ее частей при заданном движении одной части;

искусственность происхождения в результате труда человека.

По характеру рабочего процесса, все машины можно разделить на классы :

машины – двигатели. Это энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и т. д.) в механическую энергию (твердого тела);

машины – преобразователи – энергетические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздушные и гидравлические насосы и т. д.);

транспортные машины;

технологические машины;

информационные машины.

Все машины и механизмы состоят из деталей, узлов, агрегатов.

Деталь – часть машины, изготавливаемая из однородного материала без применения сборочных операций.

Узел – законченная сборочная единица, которая состоит из ряда соединенных деталей. Например: подшипник, муфта.

Механизмом называется искусственно созданная система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Требования к машинам:

Высокая производительность;

2. Окупаемость затрат на проектирования и изготовление;

3. Высокий КПД;

4. Надёжность и долговечность;

5. Простота управления и обслуживания;

6. Транспортабельность;

7. Малые габариты;

8. Безопасность в работе;

Надёжность – это способность детали сохранять свои эксплутационные показатели, выполнять заданные функции в течение заданного срока службы.

Требования к деталям машин :

а) прочность – сопротивляемость детали разрушению или возникновению пластических деформаций в течение гарантийного срока службы;

б) жесткость – гарантированная степень сопротивления упругому деформированию детали в процессе ее эксплуатации;

в) износостойкость – сопротивление детали: механическому изнашиванию или коррозийно-механическому изнашиванию;

г) малые габариты и масса ;

д) изготовление из недорогих материалов ;

е) технологичность (изготовление должно осуществляться при наименьших затратах труда и времени);

ж) безопасность;

з) соответствие государственным стандартам.

При расчете деталей на прочность нужно в опасном сечении получить такое напряжение, которое будет меньше или равно допускаемому: δ max ≤[δ]; τ max ≤[τ]

Допускаемое напряжения – это максимальное рабочее напряжение, которое может быть допущено в опасном сечении, при условии обеспечения необходимой прочности и долговечности детали во время ее эксплуатации.

Допускаемое напряжение выбирают в зависимости от предельного напряжения

;
n – допускаемый коэффициент запаса прочности, который зависит от типа конструкции, ее ответственности, характера нагрузок.

Жесткость детали проверяется сравнением величины наибольшего линейного ¦ или углового j перемещения с допускаемым: для линейного ¦ max £ [¦]; для углового j max £ [j]

В.В. Коробков

Детали машин
и основы конструирования
(Курс лекций)

Новосибирск

УДК 621.81

Правообладатели

Автором настоящего учебного пособия является доцент кафедры общетехнических дисциплин НВВКУ, служащий РА В.В. Коробков, инженер-механик, к.т.н., доцент, бронзовый медалист ВДНХ СССР, изобретатель СССР.

Мультимедиа продукт «Детали машин и основы конструирования» © 2006, созданный Новосибирским высшим военным командным училищем (военным институтом), г. Новосибирск, защищен российским и международным законодательством в области авторских прав и интеллектуальной собственности.

Не допускается копировать с коммерческой целью настоящий мультимедийный продукт или какие-либо его части, продавать, сдавать в аренду или в прокат, перепроектировать, перекомпилировать, дизассемблировать, изменять, дополнять и модифицировать, а также создавать производные продукта без письменного согласия правообладателей.

Инструкция

1. 
   Для выбора отдельной лекции подвести курсор снизу к её цветному названию в Содержании (стр. 3) и, удерживая клавишу (при этом курсор примет форму руки с вытянутым указательным пальцем), нажать левую клавишу мыши.
2. 
   В конце каждой лекции, после списка контрольных вопросов, имеется значок <  >, нажатие на который аналогично предыдущему возвращает Вас на страницу « с одержание».
3. 
   Передвижение по тексту внутри лекции осуществляется обычным для редактора Word способом (скроллинг с правой стороны страницы; клавиши < Page Up > и < Page Down >; <  > и <  >).

^

Предисловие

Тема 1. Общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. Общие сведения о деталях машин

Тема 2. Механические передачи

Лекция № 2. Ремённые передачи

^

Лекция № 3. Цепные передачи

Лекция № 4. Общие сведения о зубчатых передачах

Лекция № 5. Цилиндрические и конические зубчатые передачи

Лекция № 6. Червячные передачи

^

Лекция № 7. Червячные передачи (продолжение)

Лекция № 8. Планетарные и волновые передачи

Тема 3. Валы и подшипники

Лекция № 9. Валы и оси

Лекция № 10. Подшипники скольжения

Лекция № 11. Подшипники качения

^

Тема 4. Соединения деталей

Лекция № 12. Неразъёмные соединения

Лекция № 13. Резьбовые соединения

Лекция № 14. Разъёмные соединения
для передачи крутящего момента

^

Тема 5. Корпусные детали механизмов,
смазочные и уплотняющие устройства

Лекция № 15. Корпусные детали,
смазочные и уплотняющие устройства

Тема 6. Муфты механических приводов

Лекция № 16. Механические муфты

Тема 7. Упругие элементы машин

^

Лекция № 17. Упругие элементы машин

Приложение 1. Основные понятия о допусках и посадках

Приложение 2. Система отверстия (Поля допусков)

Предисловие

Настоящее издание курса лекций представляет собой учебное пособие по учебному курсу «Детали машин и основы конструирования», читаемому в Новосибирском высшем военном командном училище (военном институте)  НВВКУ.

Курс лекций нацелен на формирование базовых знаний, необходимых курсантам для успешного последующего изучения многоцелевых гусеничных и колесных машин, их конструкции и рабочих процессов, происходящих в них при обычных и экстремальных условиях. В свою очередь, Курс лекций базируется на знаниях, полученных курсантами при изучении естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин: высшей математики, физики, теоретической механики, теории механизмов и машин, инженерной графики, сопротивления материалов, материаловедения, а также общего устройства боевых машин и принципов работы основных систем, механизмов и узлов.

Учебное пособие имеет в основном военно-прикладную направленность. При изложении учебного материала даются ссылки на примеры применения изучаемых типовых изделий в многоцелевых гусеничных и колесных машинах, средствах технического обслуживания и паркового оборудования.

В лекциях изложена основная часть теоретического материала. Они отражают состояние вопроса в целом, содержат классификацию и обобщения, систематизирующие знания обучаемых, а также включают конкретные сведения и указания, направленные на решение практических задач. Расчётная часть максимально приспособлена к использованию современных вычислительных средств, табличные данные в основном заменены эмпирическими регрессионными формулами, имеющими высокую степень корреляции (как правило не ниже 0,9) и легко решаемыми с применением инженерных калькуляторов. Из выводов расчетных зависимостей исключены громоздкие математические преобразования, а расчетные схемы и формулы представлены в виде, удобном для вычислений. Основное внимание обращается на физический смысл и размерность входящих в зависимость величин, а также на выбор основных параметров и расчетных коэффициентов.


^

Тема 1. общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. общие сведения о деталях машин

Вопросы, изложенные в лекции:

1. 
   
2. 
   Общие сведения о деталях машин. Требования к деталям машин.
3. 
   
4. 
   

Предмет и дисциплина «Детали машин».
^ Детали машин - прикладная научная дисциплина, изучающая общеинженерные методы проектирования (расчета и конструирования) элементов машин и механизмов. Изучение машин и их проектирование базируется на известных фундаментальных законах природы.

Курс « д етали машин и основы конструирования» является заверша-ющим в общеинженерной подготовке курсантов высших общевойсковых и танковых командных институтов.

Цель курса - создать теоретическую базу для последующего изучения конструкции многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ), их эксплуатации и ремонта с учетом критериев работоспособности, надежно-сти и технологичности.

Задача курса - изучение типовых конструкций элементов механизмов общепромышленного и военного применения, основных принципов их ра-боты и методов проектирования, включая расчет параметров и конструк-тивные особенности. В результате изучения дисциплины курсанты должны:

^ Иметь представление:

о принципах проектирования деталей и узлов боевых машин и авто-мобилей;

о влиянии материалов и технологичности конструкций на эффектив-ность и эксплуатационные качества БМП и БТР.

Знать:

характерные виды разрушения и основные критерии работоспособ-ности узлов и агрегатов БМП и БТР.

Уметь:

производить оценку работоспособности механизмов бронетанкового вооружения, выполнять расчеты при проектировании типовых деталей и узлов ВВТ;

оценивать достоинства и недостатки конструкции узлов и агрега-тов боевых машин;

конструировать узлы и агрегаты боевых машин.

Внимательный анализ состава самых различных машин (транспорт-ных, военных, сельскохозяйственных, технологических и т.п.) показывает, что все они включают значительное количество однотипных деталей узлов и механизмов. По этой причине курс деталей машин посвящен изучению наиболее общих элементов машин, способов их расчета и конструирования. Это, в свою очередь, обусловливает важность данного курса не только в свете прикладного применения, но также и с точки зрения развития техни-ческой культуры будущего офицера, поскольку техническая культура - это одна из многочисленных граней общечеловеческой культуры.

Объем курса составляет 180 часов; из них учебных занятий с преподавателем (аудиторных) 116 часов - лекций 32 часа, практических, лабораторных и самостоятельных занятий под руководством преподавателя 84 часа, включая 36 часов курсового проектирования.

Литература для изучения:

1. 
   Детали машин и подъемное оборудование: Учеб. пособие для выс-ших общевойсковых и танковых училищ /Мельников Г.И., Леоненок Ю.В. и др. - М.: Воениздат, 1980. - 376 с.
2. 
   Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. пособие для студентов втузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1982.- 351 с.
3. 
   Куклин Н.Г. и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. – 5-е изд., перераб. и допол. – М.: Илекса, 1999.- 392 с.
4. 
   Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с.
5. 
   Соловьев В.И. и др. Курсовое проектирование деталей машин. Методич. рекомендации / В.И. Соловьев, В.В. Коробков, Л.П. Соловьева, И.С. Кацман. изд. 2-е. - Новосибирск: НВОКУ, 1995. - 151 с.
6. 
   Соловьева Л.П., Соловьев В.И. Курсовое проектирование деталей машин: Учебно-справ. пособие. - Новосибирск: НВОКУ, 1994. - 56 с.
7. 
   Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1991. - 432 с.

Общие сведения о деталях машин. Требования к
деталям машин.
Основные определения.

^ Машина (от латинского machina ) - механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации.

Основное назначение машин - частичная или полная замена производ-ственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энерге-тические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego - присоединяю)- укрупненный унифи-цированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топли-воподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполня-ющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм - искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел.

Прибор - устройство, предназначенное для измерений, производ-ственного контроля, управления, регулирования и других функций, связан-ных с получением, преобразованием и передачей информации.

^ Сборочная единица (узел) - изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собира-ются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии). Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь - наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла.

Сборочные единицы (узлы) и детали делятся на узлы и детали общего и специального назначения.

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве совре-менных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шай-бы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Именно такие детали изу-чаются в курсе деталей машин.

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и при-боров (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответ-ствующих специальных курсах (например, таких как "Теория и конструкция ДВС", "Конструкция и расчет гусеничных машин" и др.).

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологи-ческих операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия - болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.). Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изго-товлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

1.Корпусные детали, предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприят-ных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

2. Соединительные для разъемного и неразъемного соединения (на-пример, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

3. Передаточные механизмы и детали, предназначенные для пере-дачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (испол-нительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.

В курсе деталей машин рассматриваются в основном передачи вращательного движения: фрикционные, зубчатые, ременные, цепные и т.п. Эти передачи содержат большое число деталей вращения: валы, шкивы, зубчатые колеса и т.п.

Иногда возникает необходимость передавать энергию и движение с преобразованием последнего. В этом случае используются кулачковые и рычажные механизмы.

4. Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибра-ции или для накопления энергии с целью последующего совершения меха-нической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

5. Инерционные детали и элементы предназначены для предотвра-щения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движе-ниях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (ма-ховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

6. Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внут-ренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пы-левики, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

7. Детали и узлы регулирования и управления предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, явля-ются требования работоспособности и надежности . К деталям, непосред-ственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности .

Работоспособность и надежность изделий.
Работоспособность - состояние изделия, при котором в данный момент времени его ос-новные параметры находятся в пределах, уста-новленных требованиями нормативно-технической документации и необходимых для выполнения его функциональной задачи .

Работоспособность количественно оценивается следующими показа-телями:

1 . Прочность - способность детали выдерживать заданные нагрузки в течение заданного срока без нарушения работоспособности.

2. Жесткость - способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров.

3. Износостойкость - способность детали сопротивляться изнаши-ванию.

4. Стойкость к специальным воздействиям - способность детали сохранять работоспособное состояние при проявлении специальных воз-действий (теплостойкость, вибростойкость, радиационная стойкость, кор-розионная стойкость и т.п.).

Неработоспособное состояние наступает вследствие отказа.

Отказ - событие, нарушающее работоспособность. Отказы делятся на постепенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неустра-нимые.

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сох-раняя свои показатели в пределах, установленных требованиями норма-тивно-технической документации, при соблюдении заданных условий ис-пользования, обслуживания, ремонта и транспортирования .

Свойство надежности количественно оценивается следующими пока-зателями: наработкой на отказ (среднее время работы изделия между двумя, соседними по времени отказами), коэффициентом готовности или коэффициентом технического использования (отношение времени работы изделия к сумме времен работы, обслуживания и ремонта в течение задан-ного срока эксплуатации), вероятностью безотказной работы и некото-рыми другими.

Проектирование и расчет типовых изделий.
Проектирование изделия – разработ-ка комплекта документации, необходимой для его изготовления, наладки и эксплуата-ции в заданных условиях и в течение заданного срока.

Такой комплект технической документации включает:

1. Комплект конструкторской документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД).

2. Комплект технологической документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСТД).

3. Комплект эксплуатационной документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД). Последний включает формуляры, техни-ческие описания, инструкции по эксплуатации, инструкции по техничес-кому обслуживанию, плакаты, макеты и т.п.

4. Комплект ремонтной документации - ремонтные карты, ремонтно-технологические документы и т.п.

При проектировании решаются следующие основные задачи:

1. Обеспечение заданных параметров изделия для работы в заданных условиях.

2. Обеспечение минимальных затрат на производство заданного коли-чества изделий при сохранении заданных эксплуатационных параметров для каждого выпущенного изделия.

3. Сведение к минимуму эксплуатационных затрат при сохранении заданных эксплуатационных параметров изделия.

При решении каждой из основных задач приходится находить реше-ние целого ряда частных задач на разных этапах проектирования. При этом различные требования к изделию зачастую вступают в противоречие между собой. Искусство конструктора как раз и состоит в том, чтобы принять решение, максимизирующее положительный эффект от разрабатываемого изделия.

Процесс проектирования изделия состоит из многих этапов (состав-ление технического задания, расчет, конструирование, изготовление и испытание опытных образцов, разработка технологической документации, разработка эксплуатационной документации и т.п.), одними из главных среди которых являются расчет и конструирование.

В машиностроении основным является расчет деталей на прочность, который обычно выполняется в двух вариантах: 1) проектный расчет , и 2) проверочный расчет .

Целью проектного расчета является установление необходимых раз-меров узлов и деталей, соответствующих заданным нагрузкам и условиям работы. В этом случае расчет выполняется исходя из основного условия прочности:

p <[ p ] , (1.1)

где р - наиболее опасные напряжения (нормальные, изгибающие, касательные или контактные) из действующих в детали, а [р] - напряжения того же вида, допускаемые для материала, из которого планируется изготав-ливать деталь. Допускаемые напряжения для материала детали определяют как результат деления предельных для данного материала напряжений на выбранный (или заданный нормативной документацией) коэффициент запаса прочности:

, (1.2)

где под предельным напряжением p l в зависимости от условий работы детали понимается чаще всего либо предел прочности р в ( в или  в ), либо предел текучести р т (  т или  т ), либо предел выносливости р r (  r или  r ); в частном случае это может быть предел выносливости при симметричном цикле нагружения р -1 (  -1 или  -1 ). При этом допускаемый коэффициент запаса назначается либо нормативными документами (международные и государственные стандарты, ведомственные нормали и правила), либо из условия безотказной работы изделия в течение заданного нормативного срока его эксплуатации (указывается в техническом задании на разрабатываемое изделие).

Проверочный расчет в зависимости от поставленной задачи обычно выполняется в одном из двух вариантов: 1) определение предельно допустимых параметров (нагрузки, деформации, температуры нагрева и т.п.) в критической ситуации или 2) определение параметров, явившихся причиной разрушения детали, в процессе экспертизы аварий и катстроф. Проверочный расчет выполняется, исходя из условия

, (1.3)

где p – действующий параметр; p n – предельный параметр. Или же при проверочном расчете определяется действующий (фактический) коэффициент запаса по проверяемому параметру:

(1.4)

Для нормально работающей детали величина нормативного и фактического коэффициентов запаса обычно больше единицы, а фактический коэффициент запаса по величине больше нормативного.

В первой части лекции кратко очерчен круг вопросов, исследуемых прикладной научной дисциплиной «Детали машин», представлены объем, цели и задачи учебного курса « д

Во второй ее части определены основные элементы машин, изложены главные требования к ним и даны основные понятия и определения, касающиеся эксплуатационных качеств изделий (машин, механизмов и приборов).

Третья часть лекции раскрывает смысл и содержание понятия «проектирование». Здесь же представлены базовые положения расчета типовых изделий.

Материал настоящей лекции служит основой при изучении всех последующих разделов курса « д етали машин и основы конструирования».

Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Каков круг вопросов, исследуемых научной дисциплиной «Детали машин»?
2. 
   Почему эту дисциплину называют прикладной научной дисциплиной?
3. 
   Что изучается в курсе «Детали машин и основы конструирования»?
4. 
   Что понимается в деталях машин под термином «машина», в чем ее назначение?
5. 
   Какие виды машин Вы можете назвать в зависимости от их функционального назначения?
6. 
   Какие элементы машин вы знаете?
7. 
   В чем разница между механизмом и прибором?
8. 
   Может ли быть агрегат механизмом или механизм агрегатом? В чем заключается разница между ними?
9. 
   Чем отличается сборочная единица от механизма и агрегата?
10. 
    Назовите основные отличительные особенности детали. Приведите примеры.
11. 
    Назовите основные отличительные особенности агрегата. Приведите примеры.
12. 
    Какие функции могут выполнять узлы и детали в машине?
13. 
    Какие основные требования, предъявляемые к элементам машин?
14. 
    Что понимается под термином «работоспособность»? Какими показателями она характеризуется?
15. 
    Какое событие нарушает работоспособность?
16. 
    Что понимается под термином «надежность»? Какими показателями она характеризуется?
17. 
    Что понимается под термином «проектирование изделия»?
18. 
    Наличие каких комплектов документации позволяет утверждать, что проектирование изделия выполнено полностью?
19. 
    Какие основные задачи решаются в процессе проектирования?
20. 
    Назовите главный вид расчета деталей, выполняемый в процессе проектирования?
21. 
    В чем разница между проектным и проверочным расчетом? Какие критерии используются при этих видах расчета?

«Детали машин и основы конструирования» – один из основных инженерных курсов, который преподается большинству студентов инженерно-технических специальностей.
В программе курса изучается устройство, принципы работы, а также методы конструирования деталей и узлов машин общего назначения: разъемных и неразъемных соединений, передач трением и зацеплением, валов и осей, подшипников скольжения и качения, различных муфт.
В начале курсе излагаются понятия и определения, используемые в машиностроении, критерии работоспособности деталей машин, основные машиностроительные материалы, нормирование точности изготовления деталей, рассматриваются различные варианты соединения деталей: резьбовые, сварные, заклепочные, шпоночные, шлицевые и т.д.
Подробно изучаются наиболее используемые механизмы в машиностроении - механические передачи, а именно зубчатые передачи (среди них планетарные, червячные, волновые), фрикционные, цепные, а также передачи «винт-гайка».
Рассматриваются их кинематические расчеты, расчеты на прочность и жесткость, методы рационального выбора материалов и способы соединения деталей, расчеты валов и осей, подшипников, муфт.
В конце курса на примере одного из редукторов обобщается методика конструирования привода: от расчетов его кинематических и энергосиловых параметров до определения размеров подшипников.

Формат

Курс включает в себя просмотр тематических видеолекций с несколькими вопросами для самопроверки; выполнение многовариантных тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов; объяснение примеров решения задач; лабораторные работы.

Информационные ресурсы

1. Учебник «Детали машин и основы конструирования» / С.М. Горбатюк, А.Н. Веремеевич, С.В. Албул, И.Г. Морозова, М.Г. Наумова - М.: Изд. Дом МИСиС, 2014 / ISBN 978-5-87623-754-5
2. Учебно-методическое пособие «Детали машин и оборудование. Проектирование приводов» / С.М. Горбатюк, С.В. Албул - М.: Изд. Дом МИСиС, 2013

Требования

Для полноценного освоения курса слушатель должен владеть базовыми знаниями из курсов математики, инженерной графики, теоретической механики, сопротивления материалов.

Программа курса

1. Основные понятия и определения. Критерии работоспособности деталей машин;
2. Машиностроительные материалы. Их классификация и область применения;
3. Допуски размеров. Посадки деталей. Отклонения формы и расположения поверхностей. Шероховатость поверхности;
4. Неразъемные соединения деталей: сварные, заклепочные, паяные, клеевые;
5. Разъемные соединения деталей: резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, клеммовые;
6. Зубчатые передачи. Основная теорема зацепления. Геометрия зубьев. Методика расчета передач;
7. Многозвенные зубчатые передачи: планетарные, дифференциальные, волновые. Кинематика передач;
8. Червячные передачи. Геометрия и конструкция. КПД передачи и ее тепловой расчет;
9. Фрикционные передачи и вариаторы. Ременные передачи;
10. Валы и оси. Критерии работоспособности. Расчет на прочность. Уплотнения валов;
11. Подшипники. Классификация и конструкция. Расчет подшипников;
12. Муфты: неуправляемые, компенсирующие, предохранительные;
13. Методика конструирования. Пример конструирования редуктора.

Результаты обучения

После прохождения курса слушатели будут знать:
основные типы соединений деталей машин;
основные типы и характеристики механических передач;
основные типы и область применения подшипников качения и скольжения, муфт;
методы расчета и проектирования узлов и деталей машин общего назначения;
методы проектно-конструкторской работы.

Уметь:
составлять расчетные схемы нагружения узлов;
определять усилия, моменты, напряжения и перемещения, действующие на детали машин;
проектировать и конструировать типовые элементы машин, выполнять их оценку по прочности, жесткости и другим критериям работоспособности.

Владеть:
навыками выбора материалов и назначения их обработки;
навыками оформления проектной и конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД;
навыками эскизного, технического и рабочего проектирования узлов машин.

Формируемые компетенции

15.03.02 Технологические машины и оборудование

• способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции (ОК-1);

• способность принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПК-5);

• способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-6);

• способность создавать техническую документацию на конструкторские разработки в соответствии с существующими стандартами и другими нормативными документами (ППК-2);

• способность разрабатывать технологическую и производственную документацию с использованием современных инструментальных средств (ППК-9).