Основные понятия деталей машин

План лекции

1. Основные понятия и определения.

2. Классификация деталей машин.

3. Основные требования к деталям машин.

4. Модели нагружения деталей машин.

5. Основные критерии работоспособности деталей машин.

1. Основные понятия и определения

Детали машин – раздел по теории расчета и конструиро­ванию деталей и узлов машин общемашиностроительного применения. Дета­ли общего назначения применяют в машиностроении в очень больших количествах, поэтому любое усовершенствование расчета и конструкций этих деталей, позволяющее уменьшить затраты материала, снизить стои­мость производства, повысить долговечность, приносит большой экономиче­ский эффект.

Под деталью понимают элемент конструкции (изделие), изготовлен­ный из однородною материала (одной марки) без применения сборочных опе­раций.

Совокупность деталей, соединенных посредством сборочных операций и предназначенных для совместной работы или выполняющих определенные функции, называют сборочной единицей или узлом.

Механизмом называют систему твердых тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (редуктор, коробка передач и др.).

Машиной называют механизм или устройство, выполняющие механи­ческие движения и служащие для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или замены физического или умственного груда человека и повышения ею производительности.

Структурно любая машина состоит из шести блоков, приведенных на рис. 1.1.

2. Классификация деталей машин

Все детали машин можно разделить на две большие группы: общего назначения и специального назначения.

В курсе «Детали машин» рассматриваются только вопросы расчета и конструирования деталей машин общего назначения. Вопросы, связанные с конструированием деталей специального назначения, изучаются в специаль­ных курсах.

Классифицировать детали машин можно по различным признакам. С точки зрения конструктора наиболее пригодной является классификация деталей по эксплуатационному признаку - по их назначению и характеру выполняемых функций.

По функциональному признаку детали машин общего назначения под­разделяются на следующие группы:

1. Детали соединения.

1.1. Разъемные соединения: резьбовые, клиновые, штифтовые, шпо­ночные, шлицевые (зубчатые), профильные, клемовые.

1.2. Неразъемные соединения: свариваемые, клепаные, паяные, склеиваемые.

1.3. Промежуточные соединения: цилиндрические с натягом, соеди­нения стяжными кольцами и планками.

2. Детали передач.

2.1. Управляющие передачи: двигательные передачи, передачи ис­полнительным механизмом.

2.2. По физическому эффекту.

2.2.1. Электрические.

2.2.2. Пневматические.

2.2.3. Гидравлические.

2.2.4. Механические.

2.2.4.1. Зацеплением: зубчатые, винт - гайка, червячные, ценные, волновые.

2.2.4.2. Трением: фрикционные, ременные.

3. Детали, обслуживающие вращательное движение.

3.1. Валы и оси.

3.2. Подшипники: качения, скольжения.

3.3. Муфты.

4. Шарнирно-рычажные механизмы: направляющие кулисы и ползуны, кривошипно-ползунный механизм, кривошипы, шатуны, коромысла, кулач­ки, эксцентрики, ролики.

5. Упругие элементы: пружины, рессоры.

6. Уравновешивающие равномерность движения: маховики, маятники, бабы, шаботы, грузы.

7. Детали, обеспечивающие смазывание и защиту от загрязнения: ман­жеты, уплотнения и т. д.

8. Детали и механизмы управления: рукоятки, тяги.

3. Основные требования к деталям машин

Вновь разрабатываемая машина (механизм) должна иметь более высо­кие технико-экономические показатели по сравнению с существующим (ба­зовым) образцом: более высокую скорость и производительность при меньших затратах на производство и эксплуатацию, меньшую массу, метал­лоемкость и энергоемкость.

Машина (деталь) должна быть работоспособной. Работоспособностью называют состояние деталей, при котором они способны выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической докумен­тацией, и сохранением прочности, жесткости, неизменяемости формы и размеров, износостойкости, виброустойчивости и теплостойкости.

Машина (деталь) должна обеспечивать заданную надежность. Под на­дежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, со­храняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени или требуемой наработки.

Деталь должна быть технологичной, т. е. изготовленной из недефицит­ных материалов, и требовать минимальных затрат средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте.

Машина (деталь) должна отвечать требованиям безопасности для пер­сонала, находящихся рядом людей, машин, зданий и сооружений.

Кроме того, необходимо учитывать требования экономичности, эколо­гической безопасности и эстетичности.

4. Модели нагружения деталей машин

Для расчета и проектирования деталей и узлов машин необходимо знать нагрузки, которые могут воздействовать на деталь в процессе ее экс­плуатации. При проектировании обычно оперируют расчетными схемами де­талей, а все нагрузки, воздействующие на детали, рассматривают как режимы нагружений. Для более точного учета нагрузок в расчетах деталей машин ис­пользуют общепринятые типичные модели нагружения.

По характеру нагружения внешние силы разделяются на поверхност­ные и объемные. Поверхностные силы действуют на поверхность деталей и являются результатом взаимодействия деталей, объемные силы — силы тяже­сти и инерции — приложены к каждой частице детали.

Силы вызывают в деталях деформации и напряжения. По характеру изменения во времени напряжения подразделяют на статические и цикличе­ские. Статическими называют нагрузки (напряжения), медленно изменяю­щиеся во времени. Циклические нагрузки характеризуются параметром цикла и непрерывно изменяются с течением времени. Параметрами цикла нагружения являются амплитуда напряжений, среднее, максимальное и минимальное напряжение.

Если параметры цикла нагружения неизменны во времени, то такой режим нагружения называют постоянным (регулярным, стационарным). Раз­личают несколько стационарных циклов: симметричный (рис. 1.2, а), асим­метричный (рис. 1.2, б) и пульсирующий (рис. 1.2, в) или отнулевой.

При приближенных расчетах деталей, работающих с переменными ре­жимами, обычно учитывают наибольшие нагрузки. В уточненных расчетах используют графики изменения нагрузки во времени (гистограммы). Режим нагружения, в котором параметры цикла изменяются во времени, называют переменным. В этом случае расчеты выполняют по эквивалентным нагрузкам, условно приравнивая разрушающее действие переменных нагрузок по­стоянной эквивалентной нагрузке, действующей такой же период времени.

5. Основные критерии работоспособности деталей машин.

Надежность, современные технические средства состоят из множества взаимодействующих деталей и механизмов. Развитие техники по одним из важнейших направлений — автоматизации производства, интенсификации ра­бочих процессов и транспорта и др. — ограничивается требованиями надежно­сти. При недостаточной надежности машины изготовляют в большем, чем нужно, количестве, что ведет к перерасходу металла, задействованию боль­ших производственных мощностей, увеличению расходов на ремонт и экс­плуатацию.

Надежность — свойство изделий выполнять в течение заданного вре­мени или заданной наработки свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели.

• Надежность определяется безотказностью изделий, их долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

• Безотказность — свойство сохранять работоспособность в течение за­данной наработки без вынужденных перерывов.

• Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и техни­ческого обслуживания.

• Ремонтопригодность — приспособленность изделия к предупрежде­нию, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведе­ния технического обслуживания и ремонтов.

• Сохраняемость — свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортиро­вания.

• Отказ — полная или частичная утрата изделием его работоспособности. Отказы по своей физической природе связаны с разрушением изделий, по­этому отказы устраняют регулированием деталей или их заменой.

Различают следующие виды отказов:

1)по возможности дальнейшего использования изделий — полные и частичные,

2) по характеру возникновения — внезапные и постепенные',

3) по последствиям — опасные для жизни, тяжелые и легкие;

4) по возможности устранения —устранимые и неустранимые;

5) но времени возникновения — приработочные, нормальной эксплуа­тации, износовые.

Правила обеспечения надежности:

1. Система должна широко использовать стандартные и унифициро­ванные детали и узлы.

2. Система должна содержать защитные устройства, предусматривающие устранение возможности возникновения катастрофических отказов (ограни­чение возрастания оборотов, температуры, давления, крутящего момента и т.п.), а также сигнальные устройства, предупреждающие о нарушении нор­мальной работы (световые сигналы и т. п.).

3. Система должна быть удобной для ремонта, допускать простую за­мену отдельных элементов и узлов без разборки и переналадки всего изде­лия.

4. Для сложных ответственных изделий должна быть разработана сис­тема технической диагностики, осуществляющая сбор, хранение и анализ информации о состоянии изделия.

5. В пределах общего срока службы изделий могут быть предусмотре­ны регламентные работы, профилактические осмотры и ремонты, сроки ко­торых определяются соображениями надежности и экономической целесообразности.

Контрольные вопросы:

1. Какие вопросы изучает раздел «Детали машин»?

2. Какую конструкцию можно назвать машиной?

3. Какую структуру имеет машина? Сделать схему.

4. На какие группы подразделяют детали машин по функциональному признаку? Ответ записать в виде таблицы с примерами.

5. Какими требованиями должна обладать вновь разрабатываемая деталь?

6. С какой целью в расчетах деталей машин используют модели нагру­жения?

7. Как подразделяют силы по характеру нагружения? Ответ дать в виде схемы.

8. Критерии работоспособности деталей машин.

9. Правила обеспечения надежности.