Реферат Курсовая Конспект
Классификация механизмов, узлов и деталей машин - Лекция, раздел Образование, Содержание Введение К Курсу Лекций Глава 1. Основные Положе...
|
Содержание
Введение к курсу лекций
Глава 1. Основные положения
Введение
1.1 Классификация механизмов, узлов и деталей машин
1.2 Основные критерии работоспособности деталей машин
Глава 2. Механические передачи
Введение
2.1 Назначение передач
2.2 Кинематические и силовые соотношения в передачах
Глава 3. Зубчатые передачи
Введение
3.1 Общие сведения
3.2 Прямозубые цилиндрические передачи
3.3 Косозубые цилиндрические передачи
3.4 Конические зубчатые передачи
3.5 Червячные передачи
3.6 Передача винт – гайка
3.7 Планетарные зубчатые передачи
3.8 Волновые зубчатые передачи
Глава 4. Ременные передачи
Введение
4.1 Общие сведения
4.2 Критерии работоспособности и расчет ременных передач
Глава 5. Цепные передачи
Введение
5.1 Общие сведения
5.2 Критерии работоспособности и расчет цепных передач
Глава 6. Валы и оси
Введение
6.1 Общие сведения
6.2 Расчетные нагрузки и методы расчета валов и осей
Глава 7. Подшипники
Введение
7.1 Подшипники скольжения
7.2 Подшипники качения
Глава 8. Муфты
Введение
8.1 Общие сведения
8.2 Классификация и порядок выбора муфт
Глава 9. Соединения
Введение
9.1 Сварные соединения
9.2 Шпоночные и шлицевые соединения
9.3 Резьбовые соединения
9.4 Фрикционно-винтовые (клеммовые) соединения
9.5 Соединения деталей с натягом
Глава10. Основы конструирования
Введение
10.1 Содержание и порядок конструирования
10.2 Основные требования, предъявляемые к машине на стадии проектирования
10.3 Особенности конструирования деталей при различных способах изготовления
Глава 1. Основные положения
Классификация механизмов, узлов и деталей машин
Машина – это устройство, выполняющее механическое движение для преобразования энергии, материалов или информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.
По функциональному назначению машины делятся на классы:
- энергетические машины, подразделяемые на машины-двигатели – предназначенные для преобразования энергии любого вида в энергию механического движения (двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели); машины-генераторы – для преобразования механической энергии в другой вид;
- технологические машины, предназначенные для изменения размеров, формы, свойства или состояния предмета (металлообрабатывающие станки, прессы, машины пищевой, горной, текстильной, полиграфической, химической промышленности и др.);
- транспортные машины, предназначенные для перемещения грузов, людей и изделий. Эти машины подразделяют на транспортные средства (наземные, водные, воздушные, космические) и подъёмно-транспортные машины (подъемные краны, эскалаторы, конвейеры и т. п.);
- информационные машины, предназначенные для получения и преобразования информации. Информационные машины выполняют контрольно-измерительные операции, функции регулирования и управления технологическими процессами.
Машинный агрегат – сочетание машины-двигателя, передаточных механизмов и исполнительного органа. Для согласования работы имеется система управления.
Деталь – это часть машины, изготовленная без сборочных операций (винт, гайка, шпонка, зубчатое колесо и т. д.).
Сборочная единица (узел) – это законченная составная часть машины, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник, муфта, редуктор и т. д.).
Детали и узлы общего назначения – это детали и узлы, которые повсеместно встречаются во многих машинах (болты, валы, подшипники, муфты и т. д.).
Детали и узлы специального назначения – это элементы, которые встречаются в одном или нескольких типах машин (коленчатые валы, поршни, шатуны, гребные винты, крылья самолетов, грузозахватные устройства и т.д.).
Детали и узлы общего назначения делятся на три группы:
- соединительные детали и соединения, которые подразделяются на неразъемные (сварные, заклепочные, клеевые и др.) и разъемные соединения (резьбовые, шпоночные, зубчатые и др.);
- передачи вращательного движения (зубчатые, ременные, цепные и др.);
- детали и узлы, обслуживающие передачи (валы, оси, подшипники и др.).
Прочность
Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или возникновению пластических деформации под действием нагрузки.
Прочность является основным критерием работоспособности большинства деталей машин.
По характеру нагрузки прочность подразделяется на статическую, усталостную и ударную. По виду деформации – на объемную и поверхностную.
Глава 2. Механические передачи
Общие сведения
Большинство современных машин создаются по схеме двигатель – передача - рабочие органы машин (рисунок 2.1). Это связано с тем, что большинство двигателей для уменьшения массы, габаритов и стоимости выполняются быстроходными. Например, асинхронные электродвигатели типа 4А выпускаются с частотой вращения ротора 750, 1000, 1500 и 3000 мин-1. Непосредственное соединение валов таких двигателей с рабочими органами машин применяется крайне редко (например, гидравлические насосы и вентиляторы). Как правило, между двигателями и исполнительными органами машин устанавливается промежуточный механизм – передача.
Рисунок 2.1 – Передача энергии от двигателя к исполнительным органам машин
Различают передачи: механические, электрические, гидравлические, пневматические. В курсе деталей машин изучают механические передачи. Из механических передач наибольшее распространенные получили передачи вращательного движения, которое обладает следующими преимуществами:
- непрерывность и равномерность при малых потерях на трение;
- позволяет получить простую и надежную конструкцию передачи при малых габаритах.
Необходимость применения передач:
1. Согласование угловых скоростей исполнительных органов машин и двигателей, которое обеспечивается путем преобразования угловой скорости ω и вращающего момента Т при постоянной мощности двигателя Р (рисунок 2.2).
2. Многие рабочие органы требуют регулирования скорости и момента. В то же время такое регулирование двигателем не всегда экономически выгодно или технически возможно.
3. Иногда требуется преобразовать вращательное движение в поступательное или наоборот.
4. Иногда требуется реверсировать движение или распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машин.
Рисунок 2.2 – Зависимость крутящего момента от угловой скорости
Классификация механических передач:
а) по виду контакта тел вращения:
- с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные и др.);
- с контактом посредством гибкой связи (ремённые, цепные).
б) по способу передачи движения:
- передачи трением (фрикционные и ремённые);
- передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные).
Глава 3. Зубчатые передачи
Общие сведения
Простейшая зубчатая передача состоит из двух колес с зубьями z1 и z2, посредством которых они сцепляются между собой (рисунок 3.1). В понижающих передачах меньшее из колес называется шестерней, а большее – колесом.
Рисунок 3.1 – Схема понижающей передачи
К преимуществам зубчатых передач относится:
1. Высокая надежность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок.
2. Малые габаритные размеры.
3. Большая долговечность (до 30 - 40 тыс. часов).
4. Высокий к.п.д. (до 0,97 - 0,98).
5. Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники.
6. Постоянство передаточного числа.
7. Простота обслуживания.
К недостаткам зубчатых передач относится:
1. Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа.
2. Невозможность плавного изменения передаточного отношения.
3. Шум при повышенных скоростях.
Основными характеристиками зубчатых передач являются мощности на валах Р1 и Р2 в кВт, угловые скорости ω1 и ω2 в с-1 (или частота вращения n1 и n2 в мин-1), окружная скорость колес v в м/с, вращающие моменты Т1 и Т2 в Н·м, передаточное отношение u, коэффициент полезного действия η. Значения этих параметров определяют по зависимостям, полученным выше.
Рисунок 3.2 – Схемы зубчатых зацеплений.
Классификация:
1. По расположению геометрических осей валов различают передачи с параллельными (рисунок 3.2, а - г), пересекающимися (рисунок 3.2, д - ж) и перекрещивающимися осями (рисунок 3.2, и).
2. В зависимости от формы различают цилиндрические, эллиптические и фигурные зубчатые колеса. На рисунке 3.2 представлены широко распространенные колеса круглой формы (включая конические). Остальные колеса изучают в специальных курсах.
3. По расположению зубьев на поверхности колес различают прямозубые (рисунок 3.2, а, б), косозубые (рисунок 3.2, в, е, и), шевронные (рисунок 3.2, г) колеса, а также колеса с круговыми (рисунок 3.2, ж) зубьями.
3. В зависимости от формы колес и формы зубьев различают цилиндрические, конические, винтовые и гипоидные передачи.
5. В зависимости от взаимного расположения колес различают зубчатые передачи с внешним (рисунок 3.2, а) и внутренним (рисунок 3.2, б) зацеплением.
6. В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают эвольвентные, циклоидальные и с зацеплением Новикова.
7. В зависимости от конструктивного исполнения различают открытые и закрытые передачи.
Прямозубые цилиндрические передачи
Известно, что поверхностное разрушение зубьев является основной причиной выхода строя, поэтому контактная прочность является основным критерием работоспособности зубчатых передач. В этой связи, зубчатые колёса рассчитывают по контактным напряжениям, а проверку ведут по напряжениям изгиба.
Косозубые цилиндрические передачи
Общие сведения
В отличие от прямозубой передачи в косозубой передаче зубья расположены под углом β к образующей, оси колёс при этом остаются параллельными.
Рисунок 3.11 – Схема косозубого колеса
За счет наклонного расположения зубьев передаваемая нагрузка распределяется на несколько зубьев. На рисунке 3.11 показано расположение контактных линий 1, 2 и 3 в поле зацепления q. При этом пара 2 зацепляется по всей длине зубьев, а пары 1 и 3 – лишь частично. Это позволяет значительно увеличить длину контактной линии
, | (3.28) |
где εα – коэффициент торцового перекрытия
, | (3.29) |
где z1 и z2 – число зубьев шестерни и колеса; b – ширина колеса.
Также за счет наклонного расположения зубья входят в зацепление не сразу по всей длине как в прямозубой передаче, а постепенно.
В этой связи по сравнению с прямозубой передачей косозубая обладает следующими преимуществами:
- повышается нагрузочная способность;
- увеличивается плавность работы передачи;
- снижаются динамические нагрузки;
- уменьшается шум при работе;
- увеличиваются окружные скорости.
В отличие от прямозубой передачи косозубая характеризуется двумя шагами (рисунок 3.11) – нормальным pn и окружным (торцовым) pt; при этом pt = pn / cosβ. Соответственно шагам имеем два модуля– нормальный и окружной (торцовый):
; . | (3.30) |
При этом
. | (3.31) |
Стандартным является нормальный модуль.
Диаметры делительной и начальной окружности
(3.32) |
Диаметры вершин и впадин зубьев
. . | (3.33) |
В процессе работы в зацеплении косозубых колес развивается усилия, показанные на рисунке 3.12:
Рисунок 3.12 – Усилия в зацеплении косозубых колес
окружное усилие
; . | (3.34) |
осевое усилие
; . | (3.35) |
радиальное усилие
; . | (3.36) |
нормальное усилие
(3.37) |
Наличие осевой составляющей Fa, которой дополнительно нагружаются опоры, является недостатком косозубых колёс. Угол β ограничен пределами 8 ÷ 20˚, так как с ростом этого угла увеличивается осевая нагрузка. В шевронных зубчатых колесах этот недостаток устраняется, так как осевые нагрузки равны и направлены навстречу друг к другу. В остальном шевронные и косозубые передачи аналогичны, за исключением угла β, который ограничен пределами в 25 ÷ 40˚.
Для нарезания прямых и косых зубьев используют один и тот же инструмент, поэтому профиль косого зуба в нормальном сечении n – n (рисунок 3.12) совпадает с профилем прямого зуба. Это позволяет теоретическим путем косозубое колесо заменить эквивалентным прямозубым с делительным диаметром
, | (3.38) |
и числом зубьев
(3.39) |
Расчёт на контактную прочность
Поскольку косозубое колесо может быть заменено эквивалентным прямозубым, то это позволяет использовать рассмотренную ранее методику расчета прямозубых колес на контактную прочность для расчета косозубых с учетом конструктивных особенностей этих колес. В основе этого расчета лежит формула Герца
(3.40) |
где Епр – приведенный модуль упругости материала колес; μ – коэффициент Пуассона; qn – удельная нагрузка; ρпр – приведенный радиус кривизны боковой поверхности зубьев.
Удельная нагрузка с учетом формулы (3.28)
. | (3.41) |
По аналогии с прямозубыми колесами, выражая в формуле (3.10) значение d1 через диаметр эквивалентного колеса dv1 по выражению (3.38), получим
(3.42) |
Сравнивая отношение qn / ρпр для прямозубых и косозубых колес, находим
. | (3.43) |
Таким образом, указанные отношения отличаются друг от друга коэффициентом
. | (3.44) |
Это коэффициент повышения прочности косозубых колес по контактным напряжениям по сравнению с прямозубыми. В соответствии с формулой (3.14)
. | (3.45) |
При некоторых средних значениях β = 120, εα = 1,5 и КНα = 1,1 получаем ZHβ = 0,85.
По аналогии с прямозубыми передачами из выражения (3.18) можно получить стандартное уравнение проверочного расчета для косозубых передач (ГОСТ 21354 – 87):
. | (3.46) |
где ZM – коэффициент, учитывающий механические свойства материала сопряженных колес; ZH – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев; коэффициент, Zε – коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.
Последние два параметра определяют по выражениям:
, | (3.47) |
Принимая в качестве проектного параметра межосевое расстояние и применяя подстановки: Т2 = Т1u, d1 = 2aw / (u ± 1) и b2 = ψbaaw, где ψba – коэффициент ширины венца колеса, получим из уравнения (3.45) стандартное выражение (ГОСТ 21354 – 87):
. | (3.48) |
где Ка = 43 – коэффициент.
Коэффициент ψba и величину aw согласуем со стандартными значениями этих параметров.
Конические зубчатые передачи
Общие сведения
Применяются в передачах, оси валов которых пересекаются под межосевым углом Σ = 900.
Конические колеса бывают с прямыми и круговыми зубьями.
Основное преимущество этих передач – возможность передавать нагрузку при перпендикулярных осях.
Основные недостатки – более сложная технология изготовления и монтажа. Для нарезания зубьев требуются специальные станки и инструменты. Кроме допусков на размеры необходимо выдерживать допуски на углы делительных конусов δ1 и δ2. Также в этих передачах затруднено размещение опор. Поэтому одно из колёс выполняется на консольном валу, что увеличивает нагрузки на валы и опоры.
По опытным данным, нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет ≈ 0,85 цилиндрической. Однако, несмотря на это она имеет широкое применение в машиностроении.
Рисунок 3.13 – Схема конического зацепления
Передаточное число при межосевом угле Σ = 900 определяют по выражениям:
. | (3.52) |
Основные геометрические размеры прямозубых конических передач зависят от модуля и числа зубьев. При этом модуль является переменной величиной. В этой связи размеры конических колес определяют по внешнему торцу зуба и его средней части.
В качестве основного принимают внешний окружной модуль me и средний модуль m ≈ 0,857me. При известном числе зубьев шестерни и колеса определяют:
внешний делительный диаметр
; ; | (3.53) |
внешнее конусное расстояние
; | (3.54) |
среднее конусное расстояние
, | (3.55) |
где b – ширина зубчатого венца колеса;
, | (3.56) |
где Kbe – коэффициент ширины зубчатого венца;
средние делительные диаметры
; . | (3.57) |
Силы в зацеплении определяют по размерам в среднем сечении зуба шестерни (рисунок 3.13). По этой схеме окружные силы
. | (3.58) |
Радиальная сила на шестерне и осевая на колесе
; | (3.59) |
Осевая сила на шестерне и радиальная на колесе
. | (3.60) |
Форма зубьев конических колес в нормальном сечении такая же, как у цилиндрических, поэтому прямозубое коническое колесо может быть приведено к эквивалентному цилиндрическому. При этом диаметры эквивалентных колес
; , | (3.61) |
а число зубьев
; . | (3.62) |
Червячные передачи
Общие сведения
Червячная передача это механизм, предназначенный для сообщения вращательного движения валам, оси которых скрещиваются под углом 900. Движение в этих передачах осуществляется по принципу винтовой пары: винтом является червяк 1, а гайкой – червячное колесо 2 (рисунок 3.15). Зубья колеса имеют вогнутую форму, что увеличивает длину контактной линии и повышает прочность зубьев на изгиб.
Рисунок 3.15 – Схема червячного зацепления
Преимущества:
1. Возможность получения больших передаточных чисел в одной ступени.
2. Компактность и сравнительно небольшая масса конструкции.
3. Плавность зацепления и бесшумность работы.
3. Возможность самоторможение
5. Высокая кинематическая точность
Недостатки:
1. Сравнительно низкий КПД (при однозаходном червяке до 0,5).
2. Необходимость применения для венцов колёс дорогостоящих антифрикционных материалов
3. Повышенный износ и склонность к заеданию.
4. Значительное выделение тепла в зоне зацепления.
5. Повышенные требования к точности сборки, необходимость регулировки зацепления.
Классификация:
1. По расположению червяка относительно колеса различают передачи с нижним, верхним и боковым расположением червяка.
2. В зависимости от формы основной поверхности различают цилиндрические и глобоидные червяки.
3. В зависимости от формы профиля витка цилиндрического червяка передачи бывают с архимедовым, эвольвентным и конволютным профилем.
4. В зависимости от направления линии витка червяка – левые и правые.
5. В зависимости от числа заходов – одно- и многозаходные передачи.
Эти передачи применяют в машинах, где по условиям компоновки необходимо передать движение между скрещивающимися валами. Они имеют широкое распространение в грузоподъемных машинах, станкостроении, автомобилестроении и т. п. Передаваемая мощность не превышает 50 ÷ 60 кВт. Передачи повышенной мощности невыгодны из-за больших потерь и сильного нагрева. Поэтому рекомендуется использовать в машинах периодического действия.
Червяки изготавливают, как правило, за одно целое с валом, что увеличивает жесткость, прочность и снижает их стоимость.
Каждый червяк характеризуется шагом p = πm, где m – модуль, который выбирается по стандарту. Многовитковые червяки характеризуются ходом линии витка: ph = pz1, где z1 – число заходов (z1 = 1, 2 и 4).
Делительный угол подъема линии витка червяка
, | (3.72) |
где q – коэффициент диаметра червяка.
Из выражения (3.72) можно определить делительный диаметр червяка
, | (3.73) |
Откуда следует, что коэффициент диаметра червяка q = z1 / tgγ и равен числу модулей в делительном диаметре червяка
Значения q стандартизированы и связаны с модулем по ГОСТ 2144 - 76. Рекомендуется принимать q ≥ 0,25z2, где z2 – число зубьев колеса.
Рисунок 3.16 – Расчетная схема червяка
Диаметр вершин витков червяка
. | (3.74) |
Диаметр впадин витков червяка
. | (3.75) |
Длина нарезной части червяка зависит от числа заходов червяка. При z1 = 2
. | (3.76) |
Червячные колеса чаще изготавливают составными – бронзовый венец 1 и чугунный колесный центр 2 (рисунок 3.17).
Рисунок 3.17 – Расчетная схема червячного колеса
В качестве исходных параметров используют число зубьев колеса z2 и модуль зацепления m, который должен быть таким же, как у червяка.
Делительный диаметр
. | (3.77) |
Диаметр вершин зубьев
. | (3.78) |
Диаметр впадин зубьев
. | (3.79) |
Максимальный диаметр колеса
. | (3.80) |
Ширина зубчатого венца при z1 = 1 и 2
. | (3.81) |
Межосевое расстояние
. | (3.82) |
Значения аw стандартизированы.
Предварительно значения модуля принимают из условия: и согласуют со стандартным рядом.
К.п.д. червячной передачи по аналогии с винтовой передачей определяют по выражению
. | (3.83) |
где ρ´ - приведенный угол трения.
Согласно этому выражению к.п.д. растет с увеличением угла подъема и уменьшением угла трения. Поэтому рекомендуется применять смазку и антифрикционные материалы. На предварительном этапе проектирования к.п.д. можно определить по формуле
. | (3.84) |
где u – передаточное число, которое можно найти по выражению
. | (3.85) |
Из этого выражения следует, что при z1 = 1 передаточное число u = z2, что не достижимо в обычных зубчатых передачах. Значения u стандартизированы.
Рисунок 3.18 – Усилия в зацеплении червяка и колеса
Согласно схеме, показанной на рисунке 3.18, в зацеплении червячной пары действуют следующие усилия:
окружная сила на червяке и осевая на колесе
. | (3.86) |
окружная сила на колесе и осевая на червяка
. | (3.87) |
радиальная сила на червяке и колесе
. | (3.88) |
нормальная сила к поверхности зуба колеса
. | (3.89) |
Глава 4. Ременные передачи
Общие сведения
Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью.
Ременная передача (рисунок 4.1) состоит из ведущего 1 и ведомого 2 шкива, закрепленных на валах и связанных гибкой связью 3. В качестве гибкой связи используются плоские, клиновые, круглые, поликлиновые и зубчатые ремни.
Принцип действия ременных передач основан на использовании сил трения между ремнем и шкивами. Одним из основных условий работы передачи является наличие предварительного натяжения ремня.
Рисунок 4.1 – Схема ременной передачи
Преимущества:
1. Простота конструкции и эксплуатации.
2. Возможность передачи мощности на определенное расстояние.
3. Плавность и бесшумность работы
4. Предохранение от перегрузок вследствие проскальзывания.
5. Малая стоимость и отсутствие смазки.
6. Смягчение вибраций, толчков и ударов вследствие упругости ремня
Недостатки:
1. Значительные габариты.
2. Непостоянство передаточного числа из-за упругого проскальзывания ремня.
3. Наличие натягивающего устройства.
4. Повышенные нагрузки на валы и опоры.
5. Низкая долговечность ремня (2000 ÷ 3000 час.).
Область применения: транспортные машины, легковые автомобили, сельскохозяйственная техника и др. Ременные передачи используют в приводных станциях в качестве быстроходных передач, т. к. это меньше сказывается на их габаритах.
Классификация:
1. В зависимости от формы поперечного сечения различают плоскоременные, клиноременные, круглоременные, поликлиновые и зубчатые ременные передачи.
2. В зависимости от конструктивного исполнения различают: открытые, перекрестные, полуперекрестные и угловые передачи.
Глава 5. Цепные передачи
Общие сведения
Это передачи зацеплением с гибкой связью. Передача состоит из ведомой 1 и ведущей 2 звездочки и охватывающей их цепи 3, состоящей из соединенных шарнирно звеньев 4, что обеспечивает гибкость цепи ( рисунок 5.1).
Рисунок 5.1 – Схема цепной передачи
Преимущества:
- возможность передачи больших мощностей на значительные расстояния (до 8 м);
- более компактная конструкция;
- отсутствие проскальзывания;
- относительно малые силы, действующие на валы;
- возможность передачи движения нескольким звездочкам.
Недостатки:
- неизбежность износа шарниров цепи при плохой смазке, что приводит к удлинению цепи за счет увеличения шага цепи;
- неравномерность хода;
- необходимость тщательного монтажа и ухода;
- повышенный шум вследствие ударов звеньев цепи при входе в зацепление;
- сравнительно высокая стоимость.
Области применения: сельскохозяйственные машины, транспортные машины, станки и др. В приводных станциях чаще устанавливают после редуктора.
Классификация:
- по назначению: приводные и тяговые;
- по типу цепи: роликовые, втулочные и зубчатые;
- по количеству рядов цепи: однорядные и многорядные;
- по знаку передаточного отношения: понижающие и повышающие;
- по конструкции: открытые и закрытые.
Глава 6. Валы и оси
Общие сведения
В современных машинах наиболее часто используют вращательное движение. Вращающиеся детали направляются и поддерживаются в пространстве при помощи валов и осей.
Вал – деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и поддержания установленных на ней деталей (зубчатых колес, звездочек, шкивов и т. п.).
Ось – деталь машины, предназначенная только для поддержания установленных на ней деталей. Оси могут быть неподвижные (ось блока) и подвижные (вагонная ось).
Классификация валов и осей:
- по геометрической форме – прямые, коленчатые и гибкие;
- по конструкции – гладкие и ступенчатые;
- по типу сечения – сплошные и полые.
Элементы конструкции.Опорные части валов (рисунок 6.1) называются цапфами. При этом концевые цапфы 1 называются шипами, промежуточные 2 – шейками, а осевые – пятами. Пяты бывают сплошные и кольцевые. На посадочных поверхностях 3 располагают насаживаемые детали (подшипники, муфты и т. д.). Выходные концы 4 валов бывают цилиндрические и конические. Переходные участки между ступенями валов выполняют в виде буртиков 5, канавок 6 или галтелей. На торце валов выполняют фаски 6.
Рисунок 6.1 – Схема вала
Основным материалом для изготовления валов и осей служат углеродистые и легированные стали, подвергнутые термообработке: сталь 40, 45, 40Х, 40ХН, 30ХГТ и др.
Глава 7. Подшипники.
Подшипники скольжения
Общие сведения
Конструктивно подшипники скольжения являются парой вращения (рисунок 7.1) . Такая пара состоит из опорного участка вала (цапфы) 1 и собственно подшипника (вкладыша) 2, внутри которого скользит цапфа. Вкладыш при помощи стопорного винта 3 закреплен внутри корпуса машины 4. По сквозному отверстию 5 подается смазочный материал в маслораздаточную канавку 6. В процессе вращения вала этот материал равномерно распределяется по окружности цапфы и образует масляный слой 7. Наиболее ответственным элементом подшипника скольжения является вкладыш, который изготавливают из антифрикционного материала.
Рисунок 7.1 – Конструкция подшипника скольжения
Преимущества:
- способны работать при высоких скоростях и давлениях;
- менее чувствительны к ударной и вибрационной нагрузке;
- способны работать в агрессивной среде и воде;
- могут выполняться разъемными;
- обеспечивают бесшумность работы;
- имеют минимальные радиальные размеры.
Недостатки:
- нуждаются в систематической и непрерывной смазке, особенно при высоких скоростях и нагрузках;
- при работе в условиях пониженных температур возрастает пусковой момент из-за повышенной вязкости масла;
- имеют более высокие потери на трение и износ.
По конструктивному исполнению подшипники делятся на неразъемные, разъемные и самоустанавливающиеся.
Подшипники скольжения применяют в качестве опор высокоскоростных машин (центрифуги, шлифовальные станки и др.), коленчатых валов и валов больших диаметров. При высоких требованиях к точности работы валов (шпиндели станков), при ударных и вибрационных нагрузках, а также в качестве опор валов тихоходных малоответственных механизмов. При работе в химически-агрессивных средах.
Способы организации режима жидкостного трения в подшипниках
Подшипники качения
Общие сведения
Типовой подшипника качения (рисунок 7.6, а) состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец, между которыми расположены тела качения 2. Для предохранения тел качения от соприкосновения между собой их отделяют друг от друга сепаратором 4. Внутреннее кольцо подшипника устанавливают на валу, а наружное – в корпусе машины. Это позволяет трение скольжения заменить на трение качения и существенно снизить потери на трение.
Рисунок 7.6 – Подшипники качения
Подшипники качения стандартизованы. Основные стандартные размеры: d и D - внутренний и наружный диаметр, B – ширина колец. Подшипники изготавливают в условиях высокоспециализированного массового производства на подшипниковых заводах.
Преимущества:
- малые потери на трение, высокий к.п.д., незначительный нагрев;
- высокая надежность и нагрузочная способность;
- высокое качество и экономичность в результате массового производства;
- малые габаритные размеры в осевом направлении;
- более простой уход и меньший расход смазки в эксплуатации;
- высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин.
Недостатки:
- ограниченная быстроходность из-за чрезмерного нагрева и действия центробежных сил;
- пониженная долговечность при ударных и вибрационных нагрузках;
- относительно большой диаметральный размер и неразъемность конструкции;
- шум при больших оборотах;
- ненадежность работы в агрессивных средах.
Классификация:
- по форме тел качения ( рисунок 7.6): шариковые (а, б, в) и роликовые, причем последние могут быть с роликами короткими цилиндрическими (г), коническими (д), бочкообразными (е), игольчатыми (ж) и витыми роликами;
- по направлению восприятия нагрузки: радиальные, радиально-упорные и упорные;
- по способности самоустанавливаться: несамоустанавливающиеся, самоустанавливающиеся;
- по числу рядов тел качения: однорядные, двухрядные и многорядные;
- в зависимости от габаритных размеров и нагрузочной способности, подшипники разделяются на серии: сверхлегкая, особолегкая, легкая, легкая широкая, средняя, средняя широкая и тяжелая серия;
- по ширине: особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.
Для всех серий внутренний посадочный диаметр одинаковый, а различаются только по наружному диаметру и ширине подшипника.
Глава 8. Муфты
Общие сведения
Муфтой называется устройство, соединяющее концы двух валов и передающие вращающий момент с одного вала на другой без изменения его значения и направления.
Рисунок 8.1 – Схема приводной станции
Потребность в соединении валов вызвана тем обстоятельством, что большинство машин компонуют из ряда отдельных механизмов. На рисунке 8.1 показана схема приводной станции, включающая электродвигатель 1, редуктор 2 и исполнительный механизм 3. В качестве соединительных элементов используются муфты 4 и 5, которые помимо передачи крутящего момента, могут выполнять ряд дополнительных функций:
- обеспечивать включение и выключение исполнительного механизма при работающем двигателе;
- предохранять машину от аварий при перегрузках;
- уменьшать динамические нагрузки, поглощать вибрации и толчки;
- соединять валы со свободно установленными на них деталями;
- компенсировать перекосы и смещения валов.
На практике наблюдаются следующие виды отклонений от номинального (соосного) расположения валов (рисунок 8.2, а): осевое смещение (б), радиальное смещение (в), угловое смещение (г), комбинированное смещение (д).
Рисунок 8.2 – Виды отклонений валов
Классификация и порядок выбора муфт
В современном машиностроении применяется большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции (рисунок 9.3).
Рисунок 9.3 – Классификация муфт
Большинство муфт, применяемых в машиностроении, стандартизовано или нормализовано. В паспортные данные на муфты указываются:
- номинальный передаваемый крутящий момент Тном;
- диапазон посадочных диаметров отверстий;
- предельная частота вращения;
- габаритные размеры, масса, значения смещений и др.
Муфты подбирают по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту
(9.1) |
где Т – наибольший длительно действующий момент на валу; К – коэффициент режима работы муфты, учитывающий условия эксплуатации.
Вопросы к главе 8
1. Каково основное назначение муфт в составе приводных механизмов?
2. Какие дополнительные функции способны выполнять муфты в составе приводной станции?
3. Какие наблюдаются виды отклонений валов от номинального (соосного) расположения?
4. Как классифицируются муфты по принципу действия, управлению, назначению и конструкции?
5. Каков порядок подбора стандартных муфт?
Введение к главе 9
Каждая машина состоит из отдельных деталей, которые тем или иным способом связаны друг с другом. Эти связи делятся на подвижные (различного рода шарниры, подшипники качения и скольжения, зубчатые зацепления и т. д.) и неподвижные (сварные, резьбовые, шпоночные и др.). Последние связи называются соединениями, и их наличие обусловлено целесообразностью расчленения машины на отдельные узлы и детали с целью упрощения процесса ее производства, сборки, ремонта и т. д. Например, в автомобиле содержится до 16 тыс. деталей, а в карусельном станке до 20 тысяч.
Соединения делятся на разъемные и неразъемные. Первые позволяют разъединять детали без их повреждения, а вторые – не позволяют. Выбор типа соединения обусловлен технологическими и экономическими требованиями.
От качества соединений во многом зависит надежность машины. Опытом эксплуатации отечественных и зарубежных самолетов установлено, что долговечность фюзеляжа на 85 % определяется усталостным разрушением резьбовых и заклепочных соединений. В конструкциях современных широкофюзеляжных самолетов типа ИЛ-86 используется до 700 тыс. болтов и 1,5 млн. заклепок.
Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность.
При конструировании соединений необходимо стремится к обеспечению их равнопрочности с соединяемыми элементами, что позволяет на 100% использовать нагрузочную способность собранной конструкции.
Глава 9. Соединения
Шпоночные и шлицевые соединения
Применяются для закрепления деталей на валах и осях и для передачи вращающего момента от вала к установленным на нем деталям (зубчатым колесам, шкивам, звездочкам, полумуфтам и т. д.).
Расчет винтовых соединений, нагруженных осевой силой
На практике могут встретиться незатянутые и затянутые резьбовые соединения:
Расчет резьбового соединения нагруженного силами, сдвигающими детали
В плоскости стыка
Условием надежности этого соединения является отсутствие сдвига деталей в стыке. Конструктивно соединение может быть выполнено в 2-х вариантах:
Основы конструирования
Содержание и порядок конструирования
Конструирование – это творческий процесс создания машин, механизмов в технических документах (обычно в виде чертежей). Оно производится по следующим этапам:
Таблица 10.1 – Стадии и этапы конструирования
Стадии разработки | Этапы работ |
1. Техническое предложение 2. Эскизный проект 3. Технический проект 4. Рабочая КД: · Опытного образца (партии) изделия, предназначенного для серийного, массового или единичного производства · Серийного (массового) производства. | Анализ ТЗ. Патентный поиск. Выявление вариантов возможных решений и их сравнительная оценка по показателям качества. Технико-экономическое обоснование. Рассмотрение и утверждение. Разработка принципиальных конструктивных решений. Макетирование. Обоснование выбора оптимального варианта изделия. Подтверждение и уточнение предъявляемых к изделию требований. Принятие окончательных решений по принципу действия, основным параметрам и показателям качества. Выявление технических решений, необходимых для полного представления о конструкции разрабатываемого изделия. Выполнение необходимых расчетов, принципиальных схем, схем соединений и др. Разработка, изготовление и испытание макетов. Выявление номенклатуры покупных изделий. Оценка технического уровня и качества. Разработка КД для изготовления опытного образца (опытной партии) Изготовление и предварительные испытания опытного образца (партии). Пробные испытания опытного образца (партии). Изготовление и испытание установочной серии по документации с литерой «01» (или «02») |
Основные требования, предъявляемые к машине на стадии
Особенности конструирования деталей при различных
– Конец работы –
Используемые теги: Классификация, механизмов, узлов, деталей, машин0.096
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Классификация механизмов, узлов и деталей машин
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов