Словарь автомобильных терминов. Основные понятия о деталях машин Основы деталей машин и механизмов

Развитие современного общества отличается от древнего тем, что люди изобрели и научились пользоваться разного рода машинами. Сейчас даже в самых далеких деревушках и самых отсталых племенах пользуются плодами технического прогресса. Вся наша жизнь сопровождается использованием техники.

В процессе развития общества, по мере механизации производства и транспорта, увеличения сложности конструкций, возникла необходимость не только бессознательно, но и научно подойти к производству и эксплуатации машин.

С середины XIX века в университетах Запада, а чуть позже в Санкт-Петербургском университете в преподавание вводится самостоятельный курс "Детали Машин". Сегодня без этого курса немыслима подготовка инженера-механика любой специальности.

Процесс обучения инженеров по всему миру имеет единую структуру:

1. На первых курсах вводятся фундаментальные науки, которые дают знания об общих законах и принципах нашего мира: физика, химия, математика, информатика, теоретическая механика, философия, политология, психология, экономика, история и т.п.
2. Затем начинают изучаться прикладные науки, которые объясняют действие фундаментальных законов природы в частных сферах жизни. Например, техническая термодинамика, теория прочности, материаловедение, сопротивление материалов, вычислительная техника и т.п.
3. Начиная с 3-го курса, студенты приступают к изучению общетехнических наук, таких как "Детали машин", "Основы стандартизации", "Технология обработки материалов" и т.п.
4. В завершении вводятся специальные дисциплины, когда и определяется квалификация инженера в соответствующей специальности.

Учебная дисциплина "Детали машин" ставит целью изучение студентами конструкций деталей и механизмов приборов и установок; физических принципов работы приборов, физических установок и технологического оборудования, используемых в атомной отрасли; методик и расчетов конструирования, а также способов оформления конструкторской документации. Для того, чтобы быть готовым к постижению этой дисциплины необходимо владение базовыми знаниями, которые преподаются в курсах «Физика прочности и сопротивление материалов», «Основы материаловедения», «Инженерная графика», «Информатика и информационные технологии».

Предмет "Детали машин" является обязательным и основным для курсов, где предполагается проведение курсового проекта и дипломного проектирования.

Детали машин как научная дисциплина рассматривает следующие основные функциональные группы.

1. Корпусные детали, несущие механизмы и другие узлы машин: плиты, поддерживающие машины, состоящие из отдельных агрегатов; станины, несущие основные узлы машин; рамы транспортных машин; корпусы ротационных машин (турбин, насосов, электродвигателей); цилиндры и блоки цилиндров; корпусы редукторов, коробок передач; столы, салазки, суппорты, консоли, кронштейны и др.
2. Передачи - механизмы, передающие механическую энергию на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов и законов движения. Передачи вращательного движения, в свою очередь, делят по принципу работы на передачи зацеплением, работающие без проскальзывания, - зубчатые передачи, червячные передачи и цепные, и передачи трением - ремённые передачи и фрикционные с жёсткими звеньями. По наличию промежуточного гибкого звена, обеспечивающего возможность значительных расстояний между валами, различают передачи гибкой связью (ремённые и цепные) и передачи непосредственным контактом (зубчатые, червячные, фрикционные и др.). По взаимному расположению валов - передачи с параллельными осями валов (цилиндрические зубчатые, цепные, ремённые), с пересекающимися осями (конические зубчатые), с перекрещивающимися осями (червячные, гипоидные). По основной кинематической характеристике - передаточному отношению - различают передачи с постоянным передаточным отношением (редуцирующие, повысительные) и с переменным передаточным отношением - ступенчатые (коробки передач) и бесступенчатые (вариаторы). Передачи, преобразующие вращательное движение в непрерывное поступательное или наоборот, разделяют на передачи винт - гайка (скольжения и качения), рейка - реечная шестерня, рейка - червяк, длинная полугайка - червяк.
3. Валы и оси служат для поддерживания вращающихся деталей машин. Различают валы передач, несущие детали передач — зубчатые колёса, шкивы, звёздочки, и валы коренные и специальные, несущие, кроме деталей передач, рабочие органы двигателей или машин орудий. Оси, вращающиеся и неподвижные, нашли широкое применение в транспортных машинах для поддержания, например, неведущих колёс. Вращающиеся валы или оси опираются на подшипники, а поступательно перемещающиеся детали (столы, суппорты и др.) движутся по направляющим. Наиболее часто в машинах используют подшипники качения, их изготавливают в широком диапазоне наружных диаметров от одного миллиметра до нескольких метров и массой от долей грамм до нескольких тонн.
4. Для соединения валов служат муфты. Эта функция может совмещаться с компенсацией погрешностей изготовления и сборки, смягчением динамических воздействий, управлением и т.д.
5. Упругие элементы предназначаются для виброизоляции и гашения энергии удара, для выполнения функций двигателя (например, часовые пружины), для создания зазоров и натяга в механизмах. Различают витые пружины, спиральные пружины, листовые рессоры, резиновые упругие элементы и т.д.
6. Соединительные детали являются отдельной функциональной группой. Различают: неразъёмные соединения, не допускающие разъединения без разрушения деталей, соединительных элементов или соединительного слоя - сварные, паяные, заклёпочные, клеевые, вальцованные; разъёмные соединения, допускающие разъединение и осуществляемые взаимным направлением деталей и силами трения или только взаимным направлением. По форме присоединительных поверхностей различают соединения по плоскостям и по поверхностям вращения - цилиндрической или конической (вал-ступица). Широчайшее применение в машиностроении получили сварные соединения. Из разъёмных соединений наибольшее распространение получили резьбовые соединения, осуществляемые винтами, болтами, шпильками, гайками.

Итак, "Детали машин" - курс, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов.

Каковы же этапы разработки конструкции устройства, прибора, установки?

Сначала ставится техническое задание на проектирование, которое является исходным документом для разработки устройства, прибора или установки, в котором указываются:

а) назначение и область использования изделия; б) условия эксплуатации; в) технические требования; г) стадии разработки; д) тип производства и другое.

Техническое задание может иметь приложение, содержащее чертежи, эскизы, схемы и другие необходимые документы.

В состав технических требований входят: а) показатели назначения, определяющие целевое использование и применение устройства (диапазон измерений, усилия, мощность, давление, чувствительность и др.; б) состав устройства и требования к конструкции (габариты, масса, применение модулей и др.; в) требования к средствам защиты (от ионизирующих излучений, высоких температур, электромагнитных полей, влаги, агрессивной среды и др.), взаимозаменяемости и надежности, технологичности и метрологическому обеспечению; г) эстетические и эргономические требования; д) дополнительные требования.

Нормативная база проектирования включает: а) единую систему конструкторской документации; б) единую систему технологической документации в) Государственный стандарт РФ по системе разработки и постановке продукции на производство СРПП - ГОСТ Р 15.000 - 94 , ГОСТ Р 15.011 - 96. СРПП

Введение

Цели и задачи курса «Детали машин», его связь с другими предметами

0.1. Курс «Детали машин» является заключительным разделом дисцип­лины «Техническая механика», изучаемого в средних специальных учебных заведениях. Курс «Детали машин» является связующим звеном между обще­техническими и специальными дисциплинами. В пределах, предусмотрен­ных учебным планом и программой, в этом курсе изучаются основы расчета на прочность и жесткость деталей машин общего назначения, выбор мате­риалов, конструирование деталей с учетом технологии изготовления и экс­плуатации машин. Теоретические знания закрепляются курсовым проектом.

На каких предметах базируется курс «Детали машин»?

0.2. В предлагаемом учебном пособии рассмотрены теоретические ос­новы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц (узлов) об­щего назначения. Изучаемые детали и узлы общего назначения делятся на три основные группы:

Детали соединений (болты, шпильки, винты и др.);

Механические передачи (зубчатые, червячные, винт-гайки, цепные, ременные, фрикционные и др.);

Детали иузлы передач (валы, подшипники, муфты и др.).

Детали и узлы, которые встречаются только в специальных типах ма­шин, называют деталями и узлами специального назначения (клапаны, поршни, шатуны, шпиндели станков и т. п.); их изучают в специальных кур­сах («Двигатели внутреннего сгорания», «Металлорежущие станки» и т. д.).

С учетом ранее изученных общетехнических дисциплин дайте определе­ние, что такое деталь.

0.3. Машина - механическое устройство, предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства или транс­портирования или же с процессом преобразования энергии, или информации.

Машину собирают из механизмов, деталей и узлов. Из ответа на вопрос, поставленный в шаге 0.2 (см. стр. 17), Вы знаете, что называется деталью.

Механизмом называется система подвижно соединенных тел, предна­значенная для преобразования движения одного или нескольких тел в це­лесообразные движения других тел (например, кривошипно-ползунный механизм, механические передачи и т. п.).

Узел - сборочная единица, которую можно собирать отдельно от изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначе-ния только совместно с другими составными частями изделия (муфты, подшипники качения и др.).

По характеру рабочего процесса и назначению машины можно разде­лить на три класса:

I класс - машины-двигатели, преобразующие тот или иной вид энергии в механическую работу (двигатели внутреннего сгорания, турбины и др.);

II класс - машины-преобразователи (генераторы), преобразующие ме­ханическую энергию (полученную от машины-двигателя) в другой вид энергий (например, электрические машины - генераторы тока);

III класс - машины-орудия (рабочие машины), использующие механи­ческую энергию, получаемую от машины-двигателя, для выполнения тех­нологического процесса, связанного с изменением свойств, состояния и формы обрабатываемого объекта (металлообрабатывающие станки, сель­скохозяйственные машины и др.), а также машины, предназначенные для выполнения транспортных операций (конвейеры, подъемные краны, насо­сы и т. д.). К этому же классу можно отнести машины, частично заменяю­щие интеллектуальную деятельность человека (например, ЭВМ).

По характеру рабочего процесса и назначению, к какому классу можно отнести такие машины, как компрессор, электродвигатель, пресс?

Основные направления в развитии машиностроения. Требования, предъявляемые к проектируемым машинам, узлам и деталям

При проектировании новых и модернизации старых машин, узлов и де­талей необходимо учитывать новейшие достижения в области науки и тех­ники.

0.4 . Требования, предъявляемые к проектируемым машинам:

Увеличение мощности при тех же габаритных размерах;

Повышение скорости и производительности;

Повышение коэффициента полезного действия (КПД);

Автоматизация работы машин;

Использование стандартных деталей и типовых узлов;

Минимальная масса и низкая стоимость изготовления. Примеры реализации требований шага 0.4 в машиностроении.

1. Мощность одного электрогенератора Волховской электростанции, построенной в 1927 г., составляет 8000 кВт, Красноярской (1967 г.) - 508 000 кВт, т. е. увеличение мощности в 63 раза.

2. Сравните скорость самолетов сороковых годов со скоростью совре­менного сверхзвукового лайнера.

3. На железнодорожном транспорте паровозы, имевшие низкий КПД, заменены тепловозами и электровозами, КПД которых во много раз выше.

4. Комплексная автоматизация становится основой организации всех отраслей народного хозяйства. Созданы заводы-автоматы по изготовлению подшипников качения; контроль технологических процессов и управление производством механизируются и автоматизируются.

5. Любая машина (механизм) состоят из стандартных деталей и узлов (болтов, винтов, муфт и т. д.), что упрошает и удешевляет изготовление.

0.5. Основными требованиями, которым должны удовлетворять детали и узлы машин, являются:

Прочность (подробно см. шаг 0.6);

Износостойкость (см. шаг 0.8);

Жесткость (см. шаг 0.7);

Теплостойкость (см. шаг 0.9);

Виброустойчивость (см. шаг 0.10).

Дополнительные требования:

Коррозионная стойкость. Для предохранения от коррозии детали из­готовляют из коррозионно-стойкой стали, цветных металлов и спла­вов на их основе, биметаллов - металлических материалов, состоя­щих из двух слоев (например, из стали и цветного металла), а также применяют различные покрытия (анодирование, никелирование, хромирование, лужение, эмалирование и покрытие красками);

Снижение массы деталей. В самолетостроении и некоторых других отраслях промышленности выполнение этого требования является одной из главных расчетно-конструкторских задач;

Использование недефицитных и дешевых материалов. Это условие должно быть предметом особого внимания во всех случаях при про­ектировании деталей машин. Необходимо экономить цветные метал­лы и сплавы на их основе;

Простота изготовления и технологичность деталей и узлов должны быть предметом всемерного внимания;

Удобство эксплуатации. При проектировании необходимо стремить­ся, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройст­ва должны работать безотказно, а уплотнения - не пропускать мас­ла. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала;

Транспортабельность машин, узлов и деталей, т. е. возможность и удобство, их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их под­нимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготов­ления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собира­ют в одно целое;

Стандартизация имеет большое экономическое значение, так как обеспечивает высокое качество продукции, взаимозаменяемость де­талей и позволяет вести сборку в условиях серийного производства;

Красота форм. Оформление узлов и деталей, определяющих внешние очертания машины, должно быть красивым и отвечать требованиям художественного конструирования (дизайн). Формы наружных дета­лей для создания привлекательного их вида разрабатывают с участи­ем дизайнеров. Специально подбираются цвета для окраски;

Экономичность конструкции определяется широким использованием стандартных и унифицированных деталей и узлов, продуманным вы­бором материалов, проектированием деталей с учетом технологиче­ских возможностей изготовляющего их предприятия.

Перечислите требования, предъявляемые при проектировании деталей и узлов машин {запишите в конспект).

Уточните последовательность проверочного расчета.

Контрольная карточка 0.1

Вопрос	Ответ	Код
Укажите детали машин общего назначения	Ротор Поршень Патрон токарного станка Клапан Детали общего назначения не пере­числены
Из перечисленных деталей назовите детали, ко­торые относятся к группе детали-соединения	Муфты Шпонки Заклепки Подшипники Валы
Перечислите основные критерии работоспособ­ности деталей общего назначения	Прочность Жесткость Долговечность Теплостойкость Виброустойчивость
Как называется расчет, определяющий факти­ческие характеристики (параметры) детали	Проектировочный расчет Проверочный расчет
Определите табличным способом допускаемый коэффициент запаса прочности (материал дета­ли - высокопрочная сталь)	1,5-2,2 2,0-3,5 1,5-1,7

Ответы на вопросы

0.1. Курс «Детали машин» базируется на предметах: математика, физи­ка, химия, технология конструкционных металлов, теоретическая механи­ка, сопротивление материалов, взаимозаменяемость, стандартизация и тех­нические измерения, черчение.

0.2. Деталью называют изделие из однородного материала, изготовлен­ную без применения сборочных операций (иногда деталью называют от­дельную, не подлежащую разборке элементарную часть машины, изготов­ленную из нескольких элементов, соединенных^сваркой, клепкой и т. п.).

0.3. По характеру рабочего процесса и назначению компрессор можно отнести ко II классу, электродвигатель к I, пресс к III классу.

0.5 . Прочность деталей, жесткость, долговечность, теплостойкость, виброустойчивость, коррозионная стойкость, снижение массы деталей, ис­пользование недефицитных материалов, удобство изготовления и техноло­гичность конструкции, удобство в эксплуатации, транспортабельность де­тали, эстетичность и экономичность.

0.6. Под прочностью понимают способность материала детали в опре­деленных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (сопротивляться разрушению или возникновению пластиче­ских деформаций под действием приложенных к ней нагрузок).

0.7. Условие жесткости детали: возникающие (рабочие) упругие переме­щения (прогибы, углы поворота поперечных сечений и т. д.) в деталях под действием рабочих нагрузок должны быть меньше или равны допускаемым.

0.8. Износ - изменение размеров, формы, массы или состояния по­верхности деталей вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. Хорошее смазывание, увеличение твердости, применение покрытий, правильный выбор материалов сопряженной пары и другие меры уменьшают изнашивание.

0.9. Понизится несущая способность детали, возможно появление оста­точных деформаций и т. п.; нарушится жидкостный режим смазывания и усилится изнашивание деталей; уменьшатся зазоры в сопряженных тру­щихся деталях, в связи с чем возможно заклинивание деталей, а следова­тельно, выход их из строя, снижение точности.

0.10. В металлорежущих станках вибрации снижают точность обработ­ки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей.

0.12. По формуле (0.4) определяют рабочее напряжение растяжения, возникающее в круглом стержне, и, сравнивая его с допускаемым напря-. жением для данного материала, делают заключение о прочности. Для из­вестных размеров детали (по рассчитанному ст р) подобрать по таблице ма­териал. Формула (0.4) - для проверочного расчета.

0.13. Предельное напряжение (предел выносливости) зависит от мате­риала детали, типа напряженного состояния и характера изменения напря­жений во времени. Предел выносливости также зависит от конструктивной формы детали, ее размеров, агрессивности среды и т. д. (состояние поверх­ности, упрочняющей обработки).

При возникновении в детали напряжений, переменных во времени.

0.14. Для стальных отливок (второй случай нагружения): [s] = 1,7 ÷ 2,2 (см. табл. 0.1).

0.15. При выборе материала для проектируемой детали обычно исходят из следующих основных требований:

Эксплуатационных - материал должен удовлетворять условиям рабо­ты детали;

Технологических - материал должен удовлетворять возможности из­готовления детали при выбранном технологическом процессе;

Экономических - материал должен быть выгодным с точки зрения стоимости детали.

ЧАСТЬ I

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ

Контрольная карточка 1.2

§ 4. Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения)

В данном учебнике «Детали машин» в пределах учебной программы рассматриваются рычажные, кулачковые и храповые механизмы: назначе­ние, принцип работы, устройство, область применения.

Подробно тема § 4 изучается в курсе «Теория механизмов и машин».

Рычажные механизмы.

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое, колебательное вдоль или вокруг оси. Наиболее распро­страненные рычажные механизмы - шарнирный четырехзвенный, кривошип-но-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис. 1.10) состоит из кривоши­па 7, шатуна 2 и коромысла 3. В зависимости от соотношения длин рыча­гов 1, 2, 3 механизм и его звенья будут выполнять разные функции. Меха­низм, изображенный на рис. 1.10, со звеном 1, наиболее коротким из всех, называется однокривошипным. При вращении кривошипа. 1 вокруг оси О, коромысло 3 совершает колебательное движение вокруг оси О 2 , шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.

Кривошипно-ползунный механизм получают из шарнирного четырехзвен-ника при замене коромысла 3 ползуном 3 (рис. 1.11). При этом вращение кривошипа 1, ползун 3 совершает колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. В двигателях внутреннего сгорания, таким ползуном, является поршень, а направляющей - цилиндр.

Кулисные механизмы служат для преобразования равномерно-враща­тельного движения кривошипа в качательное движение кулисы или нерав­номерное прямолинейное колебательное (возвратно-поступательное) дви­жение ползуна. Кулисные механизмы ис­пользуются в строгальных станках, когда рабочий ход (снятие стружки) происходит медленно, а нерабочий ход (возвращение резца) - быстро. На рис. 1.12 показана схе­ма кулисного механизма с входным поршнем на шатуне. Такая схема используется в меха­низмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а также в раз­личных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнем 3 на шатуне, скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.

Рис. 1.10. Шарнирный четырех­звенный механизм:

1 - криво­шип; 2 - шатун; 3 - коромысло

Рис. 1.11. Кривошипно-шатунный

механизм: 1 - кривошип; 2 -

шатун; 3 - ползун

Рис. 1.12. Кулисный механизм: / - кри­вошип; 2 - шатун; 3 - поршень

Кулачковые механизмы.

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращатель­ного движения ведущего звена (кулачка) в заведомо заданный закон воз­вратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя, а также обеспечить временные остановы ведо­мого звена при непрерывном движении ведущего.

На рис. 1.13 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка /, толкателя 2 и стойки (опоры) 3. Для уменьшения трения в кулачковый механизм вводится ролик. Веду­щим звеном в кулачковом механизме является кулачок. Кулачок может со­вершать как вращательное движение, так и поступательное. Движение ве­домого звена - толкателя - может быть поступательным и вращательным.

Рис. 1.13. Кулачковые механизмы: / - кулачок; 2 - толкатель; 3 - стойка (опора)

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повы­шенный износ звеньев механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным нагрузкам на звенья и к усложне­нию конструкции.

Храповые механизмы.

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструк­тивно храповые механизмы делятся на не­реверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а также реверсивные в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 1.14).Веду­щим звеном может быть как храповое ко­лесо внутреннего зацепления /, соединен­ное с зубчатым колесом внешнего зацепле­ния, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.

Рис. 1.14. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени­ем:

1 - храповое колесо; 2 - пру­жина; 3 - собачка; 4 - втулка

В нереверсивных механизмах (рис. 1.15) храповое колесо выполняют в виде рейки 1 в направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храпо­вым зубом прерывистое прямолинейное движение. В этом случае преду­сматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное положение.

Рис. 1.15.Нереверсивный храповый механизм: Рис. 1.16. Реверсивный храповый механизм:

1 - рейка; 2 - собачка 1- храповик; 2 - ведущий рычаг; 3 - собачка

Реверсивные храповые механизмы (рис. 1.16) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанав­ливают собачку 3, которую при необходимости реверса перебрасывают во­круг оси О х.

В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в ко­торых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении с перио­дическими остановками (металлообрабатывающие станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).

Глава 2

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения

2.1. Фрикционная передача - механическая передача, служащая для пере­дачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движе­ния в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и при­жимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи состоят из двух катков (рис. 2.1): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой F r (на рисунке - пружиной), так что сила трения Ту в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы F t .

Рис. 2.1. Цилиндрическая фрикционная передача:

1 - ведущий каток; 2 - ведомый каток

Условие работоспособности передачи:

F f ≥F t (2.1)

Нарушение условия (2.1) приводит к буксованию. Один каток к другому может быть прижат:

Предварительно затянутыми пружинами (в передачах, предназначен­
ных для работы при небольших нагрузках);

Гидроцилиндрами (при передаче больших нагрузок);

Собственной массой машины или узла;

Через систему рычагов с помощью перечисленных выше средств;

Центробежной силой (в случае сложного движения катков в плане­тарных системах).

Контрольная карточка 2.1

Вопрос	Ответы	Код
Как классифицировать фрикционные передачи по принципу передачи движе­ния и способу соединения ведущего и ведомого звеньев?	Зацеплением Трением с непосредственным контактом Передача с промежуточным звеном Трением с гибкой связью
Как называется деталь, обозначенная цифрой 2 на рис. 2.6?
Можно ли применить фрикционную пе­редачу для изменения скорости привод­ных колес автомобиля, снегохода и т. д.	Нельзя Можно
Из какого материала изготовляют катки тяжелонагруженных быстроходных за­крытых фрикционных передач?	Сталь Чугун Бронза Из любого материала (сталь, чугун, бронза) Текстолит, и другие неметаллические мате­риалы
Определите частоту вращения ведомого вала фрикционной передачи, если n= 1000 об/мин, D 1 = 100 мм, D 2 = 200 мм (скольжением пренебречь)	500

Контрольная карточка 2.2

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, показанная на рис. 2.8?	Цилиндрическая фрикционная с гладкими катками Клинчатая фрикционная Коническая фрикционная Червячная
Какой из указанных недостатков фрикционной передачи не дает возможность применения для точных делительных механизмов	Непостоянство передаточного отношения Большие нагрузки на валы Низкий КПД Ограниченная величина окружной скорости	б
Формула для определения диаметра ведомого катка цилиндрической фрикционной передачи	aΨ a
Для чего в расчетные формулы вводят коэффициент K с?	Для увеличения КПД передачи Для снижения пробуксовки катков при перегрузках Для снижения коэффициента трения
Как уменьшить межосевое расстояние а при проектировании фрикционной передачи (без увеличения размеров и нагруженности передачи)	Выбрать более прочный материал Увеличить коэффициент К с Увеличить коэффициент f Увеличить коэффициент Ψ а

Вариаторы

2.25. Фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регу­лирования передаточного числа, называют фрикционным вариатором или про­сто вариатором.

Вариаторы выполняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков без промежуточного диска (см. рис. 2.11) или с промежуточным диском (см. рис. 2.12 и 2.13). Основная кинематическая характеристика вариатора - диапазон регулирования угло­вой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

(2.31)

Контрольная карточка 2.3

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, показанная на рис. 2.11?	Цилиндрическая фрикционная передача Лобовой вариатор Торовый вариатор Вариатор с коническими катками
К каким передачам относятся вариаторы?	С нерегулируемым передаточным числом С регулируемым передаточным числом
В какое положение необходимо поместить зедущий каток / (см. рис. 2.11), чтобы уве­личить угловую скорость ведомого катка 2?	Влево к оси вала катка 2 В правое крайнее положение
Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рис. 2.11), если веду­щий каток / переместить влево (на рисун­ке показано штриховыми линиями)	По часовой стрелке Против часовой стрелки
Как назвать деталь, обозначенную цифрой 3 на рис. 2.12?	Ведущий каток Ведомый каток Промежуточный диск

Ответы на вопросы

2.1. При буксовании ведомый каток 2 (см. рис. 2.1) останавливается, а зедущий 7 скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изна­шиваются (образуются лыски).

2.2. Передача, изображенная на рис. 2.4, фрикционная с нерегулируе­мым передаточным числом, коническая, с пересекающимися осями валов, закрытая.

2.3. Достоинство - предохранение: от поломок недостатки - непосто­янство передаточного числа и, повышенное и неравномерное изнашивание катков.

2.5. Ведомый каток во избежание образования лысок рекомендуют из­готовлять из более износостойкого материала.

2.7. Наличием на рабочих поверхностях катков масляной пленки, не­возможностью оптимизировать величину силы нажатия вследствие нерав­номерности передаваемой нагрузки при работе передачи. Передаточное число фрикционной передачи - отношение диаметра ведомого катка D 2 к диаметру ведущего D 1 ; u= D 2 /D 1 , (без учета проскальзывания).

2.8 . Детали закрытых фрикционных передач работают в масляной ван­не, поэтому сумма относительных потерь ∑ Ψ этих передач меньше, чем от­крытых.

2.9. Усталостные трещины образуются на поверхности ведущего катка / з поверхностном слое и ведомого катка 2, за счет сил трения образуются

микротрещины (рис. 2.7). При вращении катков давление масла 3 возрас­тает, микротрещина увеличивается, и от поверхности катка 2 откалываются частицы металла.

2.11 . В качестве прижимного устройства для цилиндрической фрикци­онной передачи могут служить пружины, рычаги с противовесом и т. п. (на рис. 2.6 прижимное устройство показано схематично стрелкой F 1 , на рис. 2.1 - прижимное устройство пружинного типа).

2.14. Формула для определения диаметра ведомого катка D 2: u = D 2 /D 1 , отсюда D 2 = D 1 u. Подставим вместо D, его значение из формулы (2.7). Тогда D 2 = 2аu/(1 + и).

2.15. Максимальная сила трения F f в месте контакта катков должна быть больше передаваемой окружной силы F t , т. е. F f ≥ F t .

2.16. Для цилиндрической фрикционной передачи со стальными, чу­гунными или текстолитовыми катками. Контактные напряжения σ н зави­сят от значений D 1 , D 2 и b.

2.18. От силы нажатия F r .

2.19. Для цилиндрических фрикционных передач, катки которых изго­товлены (или облицованы) из фибры, резины, кожи и дерева. Материал не подчиняется закону Гука.

2.22. Для конической фрикционной передачи (см. рис. 2.10) ведущий вал 1 устанавливается на подвижные подшипники, ведомый 2 на непод­вижные. Для обеспечения работоспособного состояния передачи катки D 1 и D 2 прижимаются один к другому (нажимным делается больший каток) специальным прижимным устройством рычажного, пружинного или друго­го типа (на рис. 2.10 F r - сила нажатия катков).

2.24. Зависит. Чем больше коэффициент трения /, тем меньше сила прижатия F r и наоборот. Сила прижатия зависит от среднего диаметра ве­дущего катка.

2.25. Основная - диапазон регулирования. Диапазон регулирования угловой скорости ведомого катка - отношение наибольшей (максималь­ной) угловой скорости ведомого вала к наименьшей (минимальное) его уг­ловой скорости, т. е. .

2.26. Если малый каток вариатора переместится к центру большого (рис. 2.11), то передаточное отношение уменьшится.

Лобовой вариатор - вариатор с пересекающимися валами.

2.27. При положении, осей 4 (см. рис. 2.12) промежуточных дисков 3, перпендикулярном к оси катков 1 и 2, передаточное число и = 1. Направле­ние вращения ведомого катка по часовой стрелке. На рис. 2.5 показан ва­риатор с соосными валами.

2.28. Диаметр промежуточного диска 3 (см. рис. 2.13) не влияет на пе­редаточное число. Доказательство: u о6щ = u 1 u 2 ; и 1 = R пр /R 1 ; u 2 = R 2 /R np . Отсюда .

По рис. 2.13 и< 1, т. е. передача повышающая. Вариатор с параллель­ными валами.

Глава 3

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Контрольная карточка 3.1

Вопрос	Ответы	Код
Какое основное отличие зубчатой пере­дачи от фрикционной?	Постоянство передаточного числа Непостоянство передаточного числа
Как классифицируется по взаимному расположению осей колес передача на рис. 3.1, е?	Оси параллельны Оси пересекаются Оси скрещиваются
Как называется способ обработки зубь-ев, показанный на рис. 3.6?	Фрезерование дисковой фрезой Фрезерование червячной фрезой («обкатка») Шевингование Притирка
Как классифицируется по способу изго­товления заготовки зубчатое колесо, на рис. 3.14?	Кованое Штампованное Бандажированное Сварное
Применяются ли (как правило) в общем машиностроении для изготовления зуб­чатых колес бронза, латунь?	Да Нет

§ 3. Основные элементы зубчатой передачи. Термины, определения и обозначения

3.12. Одноступенчатая зубчатая передача состоит из двух зубчатых ко­лес - ведущего и ведомого. Меньшее по числу зубьев из пары колес назы­вают шестерней, а большее колесом. Термин «зубчатое колесо» является об­щим. Параметрам шестерни (ведущего колеса) приписывают при обозначе­нии нечетные индексы (1, 3, 5 и т. д.), а параметрам ведомого колеса - четные (2, 4, 6 и т. д.).

Зубчатое зацепление характеризуется следующими основными пара­метрами:

d a - диаметр вершин зубьев;

d r - диаметр впадин зубьев;

d a - начальный диаметр;

d - делительный диаметр;

р - окружной шаг;

h - высота зуба;

h a - высота ножки зуба;

с - радиальный зазор;

b - ширина венца (длина зуба);

е, - окружная ширина впадины зуба;

s, - окружная толщина зуба;

а ш - межосевое расстояние;

а - делительное межосевое расстояние;

Z - число зубьев.

Делительная окружность - окружность, по которой обкатывается ин­струмент при нарезании. Делительная окружность связана с колесом и де­лит зуб на головку и ножку.

Основные элементы зубчатых колес представлены на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Геометрические параметры цилиндрических зубчатых колес

Модулем зубьев т называется часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб.

Модуль является основной характеристикой размеров зубьев. Для пары зацепляющихся колес модуль должен быть одинаковым.

Линейную величину, в п раз меньшую окружного шага зубьев, называют окружным модулем зубьев и обозначают т:

Размеры цилиндрических прямозубых колес вычисляют по окружному модулю, который называют расчетным модулем зубчатого колеса, или про­сто модулем; обозначают буквой т. Модуль измеряют в миллиметрах. Мо­дули стандартизованы (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Стандартные значения модулей

1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд
	1,125		3,5
1,25	1,375		4,5
1,5	1,75		5,5
	2,25
2,5	2,75	8.

Примечание. При назначении модулей первый ряд значений следует предпочитать второму.

Контрольная карточка 3.2

Вопрос	Ответы	Код
Как называется деталь, изображенная на рис. 3.16?	Зубчатое колесо цилиндрическое Зубчатое колесо коническое Червячное колесо
Какназывается деталь 1, изображенная нарис. 3.17?	Червяк Шестерня Колесо зубчатое Звездочка Шкив
Как называется окружность (см. рис. 3.16), диаметр которой Ø 140 мм?	Начальная окружность Окружность вершин зубьев Делительная окружность Окружность впадин
Как называется окружность (см. рис. 3.16), диаметр которой Ø 130 мм?	Окружность ступицы колеса Окружность впадин Окружность вершин зубьев Делительная окружность
Напишите формулу для определения моду­ля зубчатого зацепления	π/р t р,/π h f -h a

Рис. 3.16 Рис. 3.17

Контрольная карточка 3.3

Вопрос	: Ответы	Ксл
Что называется полюсом зацепле­ния?	Точка касания двух соседних зубьев Отношение числа к к шагу зацепления Точка касания делительных (или начальных) ок­ружностей шестерни и колеса Точка касания линии зацепления с основной ок­ружностью шестерни или колеса
Покажите на рис. 3.22 активную линию зацепления (рабочий уча­сток)	Отрезок АД Отрезок ВС На чертеже не показан
Какой профиль имеют зубья пе­редачи, показанной на рис. 3.21?	Эльвовентный Циклоидальный Зацепление Новикова Эти профили в машиностроении не используются
Определить, сколько пар зубьев находится одновременно в зацеп­лении, если ε a = 1,7	В течение 70 % времени в зацеплении находятся две пары, а в течение 30% времени - одна В течение 30 % времени в зацеплении находятся две пары, а в течение 70 % - одна
Какой угол зацепления принят для стандартных зубчатых колес, нарезанных без смещения	Любой

Виды разрушений зубьев

Любая машина, механизм или прибор состоит из отдельных деталей, объединяемых в сборочные единицы.

Деталью называют такую часть машины, изготовление которой не требует сборочных операций. По своей геометрической форме детали могут быть простыми (гайки, шпонки и т. п.) или сложными (корпусные детали, станины станков и т. п.).

Сборочной единицей (узлом) называют изделие, составные части которого подлежат соединению между собой свинчиванием, сваркой, клепкой, склеиванием и т. п. Детали, входящие в состав отдельных сборочных единиц, соединяются между собой подвижно или неподвижно.

Из большого разнообразия деталей, применяемых в машинах различного назначения, можно выделить такие, которые встречаются почти во всех машинах. Эти детали (болты, валы, детали передач и т. п.) называются деталями общего назначения и являются предметом изучения курса «Детали машин».

Другие детали, являющиеся специфичными для определенного типа машин (поршни, лопатки турбин, гребные винты и т. п.) называются деталями специального назначения и изучаются в соответствующих специальных дисциплинах.

Курс «Детали машин» устанавливает общие требования, предъявляемые к конструкции деталей машин. Эти требования должны учитываться три конструировании и изготовлении различных машин.

Совершенство конструкции деталей машин оценивается по их работоспособности и экономичности. Работоспособность объединяет такие требования, как прочность, жесткость, износостойкость и теплостойкость. Экономичность определяется стоимостью машины или отдельных ее деталей и эксплуатационными расходами. Поэтому основными требованиями, обеспечивающими экономичность, являются минимальная масса, простота конструкции, высокая технологичность, применение недефицитных материалов, высокий механический КПД и соответствие стандартам.

Кроме того, в курсе «Детали машин» даются рекомендации по выбору материалов для изготовления деталей машин. Выбор материалов зависит от назначения машины, назначения деталей, способов их изготовления и ряда других факторов. Правильный выбор материала в значительной мере влияет на качество детали и машины в целом.

Соединения деталей в машинах делятся на две основные группы - подвижные и неподвижные. Подвижные соединения служат для обеспечения относительного вращательного, поступательного или сложного движения деталей. Неподвижные соединения предназначены для жесткого скрепления деталей между собой или для установки машин на основаниях и фундаментах. Неподвижные соединения могут быть разъемными и неразъемными.

Разъемные соединения (болтовые, шпоночные, зубчатые и др.) допускают многократную сборку и разборку без разрушения соединительных деталей.

Неразъемные соединения (заклепочные, сварные, клеевые и др.) могут быть разобраны лишь путем разрушения соединяющих элементов - заклепок, сварного шва и др.

Рассмотрим разъемные соединения.

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]

«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).