Лекция 1. Основные понятия и требования к ДМ
Обзор: Основные понятия, общие требования к деталям машин, общие подходы к деталям машин, два вида инженерных расчетов, выбор материала
Бесплатно
Просмотр: эта статья прочитана 3398 раз

pdf

Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Размер: 900КВ. Язык: русский, украинский  

Обзор

 Все изделия машиностроительных предприятий - разнообразные технические средства, отдельные агрегаты, механизмы, приборы и другие конструкции - состоят из деталей.

 Деталь − элемент конструкции, изготовленный из материала одной марки без использования сборочных операций (например, шестерня, болт, шайба и др.).

 Сборочная единица - совокупность деталей, соединенных на предприятии-производителе с использованием сборочных операций (сваркой, свинчиванием, клепанием, паянием и др.) с обеспечением определенной совместной работы (например, вал в сборе, червячное колесо и т.д.).

 В инженерной практике очень широко применяются понятия «комплексы» и «комплекты» - совокупности сборочных единиц, изготовленных на предприятии-изготовителе и обеспечивающих выполнение определенных функций в составе соответствующей конструкции после сборки ее на месте назначения (например, дизель-генераторные и насосные станции,  автоматизированные станочные линии, комплекты запасных частей и др.)

 Комплекс – два или более изделий, не связанных сборочными операциями, предназначенных для выполнения  взаимосвязанных эксплуатационных функций.

 Комплект – два или более изделий, не связанных сборочными операциями, имеющих общее эксплуатационное назначение.

 Основой разработки разнообразных конструкций современных технических средств является применение в основном  одинаковых деталей и сборочных единиц (за исключением специальных)- типовых, нормальных и стандартных: механические передачи, разъемные и неразъемные соединения деталей, валы, опоры, муфты, уплотнение, и др.  Это определяет необходимость выделения их в классификационные группы, разработку соответствующих инженерных методов расчетов и конструирования.

3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ МАШИН.

 Работоспособность - такое состояние технического средства, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значение основных параметров в пределах, оговоренных в нормативно-технической документации.

 Надежность - свойство выполнять заданные функции (сохранять работоспособность) на протяжении необходимого времени (или необходимой наработке – моточасы для двигателя, километраж пробега для автомобиля и др.).

 Технологичность − определяется минимизацией затрат средств, времени и работы на производство, эксплуатацию и ремонт.

 Экономичность − определяется  финансовыми затратами на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

 Эстетичность − определяется совершенством форм и качеством обработки поверхностей.

 Екологичность – определяется уровнем вредного влияния на окружающую среды, природу и человека .

  Основные критерии работоспособности  и  надежности:

  • прочность - способность деталей, элементов конструкции не разрушаться под действием (в определенных пределах) нагрузок;
  • жесткость - способность деталей оказывать сопротивление деформациям (изменению формы и размеров) под действием нагрузок;
  • устойчивость - способность системы самостоятельно восстанавливать первоначальное состояние после того, как  ей было сообщено некоторое отклонение от положения равновесия.
  • износостойкость - способность деталей, всех элементов конструкции, которые подвижно контактируют, сопротивляться изнашиванию (разрушению поверхностных слоев при трении, постепенному изменению формы, размеров, массы и состояния контактирующих поверхностей). Количественной оценкой изнашивания является износ. (85-90% поломок машин, основные затраты на ремонт);
  • теплостойкость - способность деталей сохранять работоспособность в пределах изменения температурного режима, обусловленного рабочим процессом (ДВС, газотурбинные двигатели, газотурбинные и паротурбинные установки, электрические машины, литейные машины и др.) и проявлением трения в его механизмах и узлах;
  • виброусточивость – способность технического средства работать на эксплуатационных режимах без недопустимых уровней вибраций
  • коррозионная устойчивость − способность сопротивляться вредным воздействиям окружающей среды и условий работы.

 Для разных технических средств, условий их эксплуатации надежность подразумевает:

  • безотказность − сохранение работоспособности на протяжении заданного времени;
  • долговечность − сохранению работоспособности до предельного состояния (при которой дальнейшая эксплуатация невозможна или нецелесообразна) при соответствующих системах ремонта и технического обслуживания;
  • ремонтопригодность − способность к восстановлению работоспособности на основе предупреждения отказов, выявление и устранение неисправностей при техническом обслуживании и ремонте;
  • сохранность − обеспечение работоспособности на протяжении и после установленных сроков хранения и транспортирования.

4.ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К РАСЧЕТУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

  1. Переход от реальной конструкции к расчетной схеме.
  2. Разработка или выбор  математической модели (выбор методов расчета).
  3. Проектирование, расчет конструкции по выбранной модели.


5.ДВА ВИДА ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

 В методическом плане разработка конструкции деталей выполняется в такой последовательности:

  1.  Проектные расчеты − определение размеров и форм конструкции деталей по заданным напряжениям, (предварительный, упрощенный).
  2. Конструирование детали.
  3. Проверочные расчеты − проверка прочности, жесткости, определение коэффициентов запаса для определенной спроектированной конструкции (окончательный, уточненный).

6. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ.

 Выбор материала − ответственный этап, правильно выбранный материал определяет качество детали и машины в целом.

 Факторы, влияющие на выбор материала:

  • соответствие материала главному критерию работоспособности (прочности, износоустойчивости и т.п.);
  • требования относительно массы, габаритов изделия;
  • назначение детали и условия эксплуатации;
  • соответствие технологических свойств конструктивной форме и способу обработки;
  • ценность и дефицитность.

Черные металлы
Преимущества: прочность, жесткость, дешевизна,  технологичность (хорошо обрабатываются).
Недостатки:  высокая удельная плотность, ряд коррозийный стойкость

Чугуны − железоуглеродистые сплавы, в которых содержание углерода превышает 2%

  • белый чугун − высокая твердость и хрупкость (тормозные колодки)
  • ковкий чугун (КЧ) − высокая прочность и низкая пластичность (для деталей-отливок, не обрабатываеых давлением).
  •  серый чугун (СЧ) − относительно высокая прочность, износоустойчивость, демпфирующая способность, хорошо обрабатывается резанием  (наиболее распространенный)

Стали − железоуглеродистые сплавы, в которых содержание углерода не превышает 2%:

  • углеродистые
    • низкоуглеродистые (С < 0,25%),
    • среднеуглеродистые (C = 0,25...0,6%)
    •  высокоуглеродистые (C > 0,6%)
  • легированные получают на основе углеродистых путем введения в них легирующих элементов (Х – хром повышает прочность, Н – никель сопротивление крупкому разрушению,  пластичность, вязкость,  В – вольфрам твердость после цементации, Ю – алюминий, Г – марганец, М – молибден твердость после цементации и др.) с целью повышения показателей прочности, текучести, ударной вязкости и др.
    •  низколегированные (легирующие элементы меньше 3%),
    • среднелегированные (3,0 ( 5,5%)
    • высоколегированные (больше 5,5%)

 Углеродистые стали делятся на стали обычного качества и стали качественные конструкционные. Если сталь содержит в себе малое количество углерода, она характеризуется высокой пластичностью и свариваемостью; с увеличением содержания углерода повышается прочность, уменьшается пластичность и ухудшается свариваемость. Углеродистые стали обычного качества (ДСТУ 2651 - 94) марок Ст.0, Ст.1, ... , Ст.6 используют для изготовления корпусных и крепежных деталей, вспомогательных, неответственных, работающих под незначительной нагрузкой и без относительного движения в соединении. Качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050 - 88) марок 7, ... , 10 применяют для деталей, которые работают при постоянных напряжениях; марок 15, ... , 20 - для деталей, испытывающие незначительные динамические нагрузки (применяют термическую и химико-термическую обработку); марок 30, ... , 55 - для нагруженных деталей (применяют термическую обработку).

 Легированные стали делятся на качественные и высококачественные – прибавляется буква А в обозначении марки стали (например, сталь 12Х2Н4А – 0,12% С, 2% Х, 4% Н, А – высококачественная).

 С целью придания материалам определенных свойств, улучшения их рабочих характеристик выполняется:
термическая обработка

  • отпал − нагрева и постепенное охлаждение поковок и отливок (для получения необходимых механических свойств),
  • нормализация  − уменьшаются внутренние напряжения (для углеродной стали с целью подготовки структуры материала перед механической обработкой),
  • закалка  − нагрев и охлаждение до определенного режима (повышенная прочность и твердость)
    • поверхностная закалка – нагревание поверхностного слоя до температуре закалки, а потом быстрое охлаждение – приводит к повышению твердости поверхности, предела выносливости и сопротивлению изнашивания при сохранении вязко сердцевины (шейки коленчатых валов, распределительные валы, различные втулки, детали зубчатых соединений, зубцы больших зубчатых колес);
    • объемная закалка− приводит к повышению твердости по всему объему (недостатки: коробление, снижение изгибной прочности, ограничение размеров)

химико-термическая обработка

  • цементация − поверхностный слой на глубину 1…2 мм насыщают углеродом, потом подвергают закалке и низкому отпуску, приводит к увеличению предела выносливости, твердости поверхности (зубчатые колеса, червяки, детали больших подшипников качения и др. из низкоуглеродистой стали);
  • азотирование − поверхностный слой глубиной 0,3...0,6 мм насыщается азотом после окончательной механической обработки и закалки с высоким отпуском, приводит к  устойчивости против изнашивания и коррозии (зубцы зубчатых колес, цилиндры роторов и др. из легированных сталей);
  • цианирование − поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом; после высокотемпературной цианизации (800...950 (С) детали подвергают закалке с низким отпуском, низкотемпературное цианирование (540...560 (С) применяют после термообработки, приводит к повышению твердости, усталостной прочности, устойчивости против изнашивания и коррозии;
  • диффузная металлизация – насыщение  поверхности хромом, титаном, бором и др., повышаются твердость, устойчивость против изнашивания, термостойкость, коррозионная стойкость.

механическое упрочнение активных поверхностей − создание на поверхности напряжений сжатия для повышения твердости поверхности, усталостной прочности.

  • дробеструйная обработка − пластические деформации поверхностного слоя детали на глубину 0,15...0,30 мм с помощью стальной или чугунной дроби, которая с силой ударяет по поверхности,
  • накатывание роликами или шариками − обкатка роликами под давлением (оси транспортного подвижного состава, коленчатые валы).

 С целью повышения прочности с сохранением пластичности применяют термомеханическую обработку: перед закалкой проводят пластическую деформацию, вследствие чего получают мелкозернистую структуру; повышается прочность.

Цветные металлы

 Преимущества: антифрикцонность, антикорорзийность, легкость, высокая   технологичность (хорошо обрабатываются).

 Недостатки:  высокая стоимость.

 Медь, цинк, свинец, олово, алюминий, используют чаще в качестве сплавов на основе:

  • меди − высокие антифрикционные, ливарные и антикоррозийные свойства, латуни − сплавы меди и цинка, бронзы  (оловянистые, безоловянистые);
  • олова или свинца – баббиты (вкладыши в подшипниках скольжения),
  • алюминия − литейные сплавы, силумины (сплавы алюминия с кремнием), дуралюмины (деформированные сплавы с медью, магнием с термическим).
  • титановые сплавы − высокая прочность, жаропрочность, коррозионная устойчивость, но невысокие антифрикционные свойства, низкая теплопроводность и модуль продольной упругости

Полимеры
 Преимущества: легкость, прочность,  упругость, тепло-шумо-электроизоляционые свойства, антифрикционность, антикоррозийность,  высокая   технологичность и т.п..

 Недостатки:  низкая термическая прочность.

Пластмассы – гетинакс, текстолит, лигнофоль, стеклопласт (трубы, резервуары, кузова автомобилей).

 Порошковые материалы: прессование и спекание в формах как однородных, так и разнородных материалов. Эффективны в условиях массового производства.

Неметаллы
Преимущества: легкость, упругость, герметичность, изоляционные свойства и т.п..

 Недостатки:  низкие механические свойства.

  • резина − высокая эластичность, устойчивость против влияния внешней среды, амортизационные свойства (ремни, упоры, подвески, мембраны, трубопроводы, защитные покрытия);
  • дерево,
  • резина,
  • кожа,
  • асбест,
  • металлокерамика
     

Получить RSS Еще публикации по теме

Больше статей...

 На главную страницу

Оцените сайт

Примеры расчетов
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение реакций опор твердого тела
Исходные данные и примеры решения задачи Определение реакций опор твердого тела (задача С-2 из cборника заданий для курсовых работ по теоретической механике А.А. Яблонского)

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении

Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов

Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.


Учебники
А.А. Яблонский, В.М. Никифорова Курс теоретической механики, т.1 и 2
Курс теоретической механики для студентов высших учебных заведений в двух томах.

С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики
С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики. 10-е издание,1986 г.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов
Учебник по сопротивлению материалов для студентов политехнических, транспортных, строительных, гидротехнических, энергетических и машиностроительных вузов

М.Н.Иванов, В.А. Финогенов - Детали машин
Учебник по дисциплине 'Детали машин и основы конструирования' в электронном формате. 12-е издание, исправленное, год издания 2008.

Н.Ф.Киркач, Р.А.Баласанян - Расчет и проектирование деталей машин Учебник по дисциплине Детали машин и основы конструирования в формате djvu

В.И.Анурьев. Справочник инженера конструктора Три тома cправочника инженера-конструктора. Приведены современные справочные сведения по расчету и конструкциям осей, валов,подшипников, муфт, механический передач, разъемных соединений. Материалы, допуски и посадки и др.

ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А Выписка из ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью 0,55 кВт до 15кВт, мощность, асинхронная частота вращения, геометрические размеры

ГОСТ 25347-82 «ЕСДП, поля допусков и рекомендуемые посадки» (СТ СЭВ 144-75) Настоящий стандарт распространяется на гладкие элементы деталей с номинальными размерами до 3150 мм и устанавливает поля допусков для гладких деталей в посадках и для несопрягаемых элементов.

ГОСТ 520-2002. Подшипники качения Стандарт устанавливает допуски на основные размеры и точность вращения подшипников и другие технические требования

Больше закачек...