Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Детали машин
1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДМ и ОК
Машины и механизмы состоят из деталей и сборочных единиц (или узлов).
Деталь – это элемент механизма, изготавливаемый из однородного материала без применения сборочных операций. Разборка детали без разрушения невозможна.
Сборочная единица – изделие, изготовленное из двух или нескольких деталей с применением сборочных операций (свинчивание, сварка, запрессовка и т.д.)
Различают детали и узлы общего и специального назначения:
Цель курса ДМ и ОК: изучение, расчёт и проектирование деталей общемашиностроительного назначения.
Для изготовления детали или машины в целом необходимо ее сконструировать, то есть разработать чертежи и необходимую техническую документацию.
Разработка любой документации проходит несколько этапов.
1.1 Этапы создания машин.
(Стадии разработки конструкторской документации).
1.Техническое задание – разрабатывает заказчик и выдает исполнителю. В нём излагаются основные требования к изделию (стоимость, размеры, сроки службы).
2. Техническое предложение - выбор варианта изделия, наиболее подходящего с технической и экономической точки зрения (разрабатывает исполнитель - согласуется с заказчиком).
3. Эскизный проект - конструкторские решения, дающие представление о принципе действия устройства (разрабатывается после согласования с заказчиком технического предложения).
4. Технический проект. На этой стадии разрабатывается техническая документация, изготавливается образец, выявляются ошибки в документации или вносятся изменения по изделию.
5. Рабочий проект. Вносятся изменения в документацию, изготавливаются чертежи, по которым можно изготавливать изделие и контролировать его производство и эксплуатацию.
1.2 Машиностроительные материалы
Выбор материалов для деталей машин является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом, а также их стоимость, что тоже очень важно.
Наибольшее распространение получили черные металлы: стали и чугуны. Это связано с их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью.
Достоинства: высокая прочность и жесткость.
Основные недостатки черных металлов - большая плотность (соответственно большой вес) и слабая коррозионная стойкость.
Также применяются:
Цветные металлы (алюминий, медь, цинк, свинец, олово) и сплавы (бронза, латунь, дюралюминий). Эти материалы значительно дороже черных и используются для выполнения особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозионности.
Неметаллические материалы: пластмассы, металлокерамика, резина, дерево, стекло - также находят широкое применение.
1.3 Основные требования, предъявляемые к деталям машин
на стадии проектирования.
Детали машин должны отвечать следующим требованиям:
I Работоспособность
II Надёжность
III Экономичность
Эти три параметра определяют совершенство конструкции детали.
I Работоспособность - это способность детали выполнять заданные
функции.
Обычно выделяют пять основных критериев работоспособности.
Критерии работоспособности:
а) Прочность – это способность детали воспринимать нагрузки не разрушаясь.
б) Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузки (не подвергаясь остаточной деформации).
в) Износостойкость – способность детали противостоять изменению геометрических размеров вследствие износа (истирания).
г) Теплостойкость – это способность детали сохранять работоспособность в заданных температурных режимах без снижения эксплуатационных характеристик.
д) Вибростойкость – способность детали выполнять заданные функции без недопустимых резонансных колебаний.
Теперь рассмотрим каждый критерий работоспособности подробно.
а) Прочность.
Наиболее распространенным методом оценки прочности деталей машин является сравнение расчетных напряжений , с допускаемыми [], [].
Различают два вида прочности:
Объемная прочность определяется следующими условиями:
- по напряжениям растяжения р
;
- по напряжениям изгиба и
;
- по напряжениям кручения кр
,
где F, Mи , Мкр – сила, изгибающий и крутящий моменты;
А, Wz , Wр – площадь сечения, осевой и полярный моменты сопротивления.
Контактная (поверхностная) прочность
;
;
Контактную прочность оценивают по контактным напряжениям Н
где qn, Eпр, Rпр – нормальная распределенная нагрузка, приведенные модуль упругости и радиусы кривизны поверхностей.
Прочность деталей, работающих в условиях переменных нагрузок
В работающих механизмах детали часто испытывают изменение нагрузок с течением времени.
Периодически изменяющаяся во времени нагрузка зачастую оказывается более опасной, чем статическая, так как приводит к усталостному разрушению деталей.
1 Циклы изменения нагружения.
, - максимальное и минимальное напряжение цикла,
- среднее напряжение цикла,
- амплитуда цикла,
- коэффициент асимметрии цикла.
Симметричный цикл нагружения – наблюдается в сечении вала работающей передачи.
; ;
Отнулевой или пульсирующий цикл – наблюдается при изгибе зуба в работающей зубчатой передаче.
; ; ;
Условно-постоянная нагрузка – вращающий момент на валу передачи.
; ;
Предел выносливости.
Периодическое изменение нагрузки значительно влияет на прочность материала, т.е. разрушение может произойти не от предельных нагрузок, а от усталостного разрушения.
Усталость материала – это его разрушение при многократном действии переменных нагружений.
Выносливость – это способность материала сопротивляться разрушению при действии переменных нагружений.
Предел выносливости – это максимальное предельное переменное напряжение, при котором материал не разрушается при любом числе циклов нагружения N.
- предел выносливости при симметричном цикле нагружения.
- предел выносливости при отнулевом или пульсирующим цикле нагружения
- предел выносливости при постоянном цикле нагружения.
N0 – базовое число циклов нагружения, показывающее что дальнейшее испытание проводить нецелесообразно!
N0=108 – для цветных металлов;
N0=107 – для чёрных металлов.
Факторы, влияющие на предел выносливости, будут рассмотрены позже (проверочный расчет валов).
б) Жесткость.
В ряде случаев жесткость - основной критерий работоспособности детали.
В расчетах на жесткость сравнивают либо перемещения L, либо прогиб y, либо угол , обусловленные деформациями, с предельно допускаемыми значениями:
L [L], y [y], [].
в) Износостойкость.
Многие детали выходят из строя вследствие износа, т.е. уменьшения размеров и изменения формы поверхности за счет трения.
кривая износа
I – приработка, II – установившийся износ III – катастрофический износ
В результате износа снижается КПД, точность сопряжения деталей, надежность и экономичность машин. Износ деталей значительно повышает стоимость эксплуатации машин в связи с необходимостью их периодического ремонта.
.
В отдельных случаях стоимость ремонта в период эксплуатации может превышать стоимость изделия в несколько раз.
г) Теплостойкость.
Нагрев деталей свыше допускаемых пределов может вызвать недопустимые последствия для нормальной эксплуатации.
Вследствие нагрева возможно:
– появление остаточной деформации;
– понижение защищающих свойств масляных пленок;
– заклинивание сопрягаемых подвижных деталей.
При расчетах на теплостойкость сопоставляют расчетную Тр температуру с допускаемой [T]:
.
д) Виброустойчивость.
Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения, приводящие к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания, когда собственная частота fС совпадает или близка к частоте fВ вынужденных колебаний. Поэтому расчет на вибростойкость ведут по условию несовпадения частот собственных и вынужденных колебаний:
fС fВ .
Если деталь удовлетворяет всем перечисленным критериям работоспособности, то далее необходимо проверить выполнение следующего требования, предъявляемого к ее конструкции - надежность.
II. Надежность - это способность конструкции выполнять заданные функции в течение заданного времени или заданной наработки, сохраняя эксплуатационные показатели в нормативных пределах.
Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетания: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени.
,
где - вероятность безотказной работы всей системы;
- вероятность безотказной работы -го элемента.
Зависимость показывает, что с увеличением элементов вероятность безотказной работы системы снижается. Для повышения надежности системы используют несколько приемов.
Повышение надежности на стадии проектирования может достигаться:
III. Экономичность - комплекс мероприятий, направленных на создание работоспособных надежных конструкций при минимальных затратах.
Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.
В настоящее время экономичность может достигаться за счет применения новых материалов и технологий.
2