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.
- Переход от реальной конструкции к расчетной схеме.
- Разработка или выбор математической модели (выбор методов расчета).
- Проектирование, расчет конструкции по выбранной модели.
5.ДВА ВИДА ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.
В методическом плане разработка конструкции деталей выполняется в такой последовательности:
- Проектные расчеты − определение размеров и форм конструкции деталей по заданным напряжениям, (предварительный, упрощенный).
- Конструирование детали.
- 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