Введение. Основные понятия и определения

Содержание

 

Введение. Основные понятия и определения 3

1.1. Основные критерии работоспособности и расчёта деталей машин 4

1.2. Выбор материалов для деталей машин 5

Соединения деталей машин 5

2.1. Неразъёмные соединения 5

2.1.1. Сварные соединения 5

2.1.2. Клеевые соединения 6

2.1.3. Соединения с натягом 7

2.2. Разъёмные соединения 9

2.2.1. Резьбовые соединения 9

2.2.2. Шпоночные соединения 11

2.2.3. Шлицевые соединения 13

Механические передачи 15

3.1.1. Классификация зубчатых передач 19 3.1.2. Виды разрушения зубьев 20 3.1.3. Основные характеристики зубчатых передач 21

Валы и подшипники 46

4.1.1. Проектный расчёт валов 47 4.1.2. Расчёт валов на усталостную прочность 47 4.1.3. Расчёт валов на статическую прочность 48

Выбор материалов для деталей машин

Для изготовления деталей применяют металлические и неметаллические материалы. К металлическим материалам относятся:

· чёрные металлы (чугуны и стали);

· сплавы цветных металлов (бронза, латунь);

· лёгкие сплавы (алюминиевые, магниевые);

· биметаллы.

К неметаллическим материалам относятся:

· пластмассы (текстолит, волокнит);

· минералокерамические материалы;

· графит;

· резина.

При выборе материала и назначении термообработки необходимо учитывать:

ü габаритные размеры, конфигурацию и массу деталей;

ü стоимость и дефицитность материалов;

ü соответствие свойств материала его работоспособности;

ü соответствие свойств материала технологическому процессу обработки (свариваемость, обрабатываемость резанием).

 

Соединения деталей машин

Все соединения делятся на две группы:

· неразъёмные – соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей (заклёпочные, сварочные, клеевые);

· разъёмные – соединения, которые можно разобрать и собрать без разрушения и повреждения деталей (резьбовые, шпоночные и др.).

 

2.1 Неразъёмные соединения

Сварные соединения

Электросварка делится на два вида: дуговую и контактную. · Дуговая сварка ведётся вручную или автоматически плавящимся электродом. Для… · Контактная сваркаоснована на местном нагреве зоны контакта соединяемых деталей при пропускании через нее тока. Стык…

Клеевые соединения

 

Это соединения, осуществляемые за счёт сил сцепления в процессе затвердевания жидкого клея. Прочность клеевых соединений зависит от материала и конструкции склеиваемых деталей, качество подготовки поверхностей к склеиванию, выбору марки клея и технологии склеивания.

 

Достоинства («+»)	Недостатки («-»)
● Возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе и деталей, не поддающихся сварке; ● Герметичность; ● Высокая коррозионная стойкость; ● Хорошее сопротивление усталости.	● Сравнительно низкая прочность; ● Низкая теплостойкость (до 250˚C); ● Снижение прочности некоторых клеевых соединений с течением времени.

Соединения с натягом

Эти соединения относят к неразъёмным, хотя они занимают промежуточное положение между разъёмными и неразъёмными соединениями. Эти соединения можно… 1) соединения, собираемые запрессовкой; 2) соединения, собираемые с предварительным нагревом охватывающей детали или с охлаждением охватываемой детали.

Резьбовые соединения

Это самый распространённый вид разъёмных соединений. Они осуществляются с помощью крепёжных резьбовых деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек и т.…   Классификация резьб

Шпоночные соединения

Применение: шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения при малых нагрузках, возможности размещения длинных ступиц,… Шпоночные соединения делятся на две группы: ненапряжённые и напряжённые. Ненапряжённые соединения осуществляются призматическими и сегментными шпонками, которые не вызывают деформации ступицы…

Шлицевые соединения

Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки, называемые шлицами (зубьями), выполнены как одно целое с валом и входят в соответствующие пазы ступицы детали.

На валу шлицы фрезеруют на зубообрабатывающих станках методом обкатки, а пазы в ступицах получают протягиванием.

  Шлицевые соединения бывают неподвижные для закрепления деталей на валу и… Соединения шлицевые прямобочные. Эти соединения наиболее распространены в машиностроении. Выполняют с тремя видами…

Механические передачи

Передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние. Наиболее распространены механические передачи вращательного движения. Это…  

Зубчатые передачи

 

В зубчатой передаче движение передаётся с помощью зацепления пары зубчатых колёс (шестерни – меньшее колесо и колесом).

 

Достоинства («+»)	Недостатки («-»)
● Передача может работать в широком диапазоне нагрузок и скоростей; ● Малые габариты; ● Большая долговечность; ● Высокий КПД; ● Малые нагрузки на валы и подшипники; ● Постоянство передаточного числа; ● Простота обслуживания.	● Высокие требования к точности изготовления и монтажа; ● Шум при больших скоростях.

 

Классификация зубчатых передач

 

1) В зависимости от взаимного расположения осей зубчатые передачи бывают:

Ø цилиндрические (параллельные оси);

Ø конические (при пересекающихся осях);

Ø винтовые (при скрещивающихся осях);

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяется реечная передача (рейка-колесо, диаметр которого равен бесконечности).

2) В зависимости от расположения зубьев на ободе колёс различают передачи:

Ø прямозубые;

Ø косозубые;

Ø шевронные;

Ø с круговым зубом.

3) В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают:

Ø эвольвентные (Эйлер, 1760 г.);

Ø с зацеплением Новикова (1954 г.);

Ø циклоидные.

В современном машиностроении применяются эвольвентное зацепление.

4) В зависимости от взаимного расположения колёс передачи бывают:

Ø внешнего зацепления;

Ø внутреннего зацепления.

5) В зависимости от конструктивного исполнения различают:

Ø открытые передачи (работа всухую);

Ø закрытые передачи (в масляной ванне, одно из колёс окунается на глуби-

ну );

 

 

Рисунок 3 - Виды зубчатых передач.

а)-д) – цилиндрические; ж)-и) – конические; е), к) – винтовые.

Виды разрушения зубьев

1. Поломка зубьев – появляется из-за повторно-переломных напряжений изгиба. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные обламываются по… 2. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев (рисунок 4, 5) –…

Основные характеристики зубчатых передач

1. Передаточное число u   ; .

Червячные передачи

Червячные передачи применяются для передачи движения между валами, у которых угол скрещивания . Червяк – короткий винт с трапецеидальной резьбой, обычно является ведущим… Червячное колесо – обычно ведомое звено, имеет зубья дугообразной формы.

Классификация червячных передач

 

1. В зависимости от формы внешний поверхности червячные передачи бывают:

Ø с цилиндрическим червяком;

Ø с глобоидным червяком.

2. В зависимости от формы винтовой поверхности резьбы передачи бывают:

Ø с архимедовым червяком;

Ø с эвольвентным червяком.

3. В зависимости от направления винтовой линии резьбы червяка передачи бывают:

Ø с правым червяком (предпочтительней);

Ø с левым червяком.

4. В зависимости от расположения червяка относительно червячного колеса передачи делятся:

Ø с нижним червяком;

Ø с верхним червяком;

Ø с боковым червяком.

 

Основные характеристики червячной передачи

1. Диаметр делительной окружности   .

Фрикционные передачи и вариаторы

Фрикционная передача относится к передачам трением с непосредственным контактом фрикционных элементов. Передача состоит из двух катков, закреплённых…   M2 Rf M1 …

Нерегулируемые фрикционные передачи

Цилиндрическая фрикционная передача (рисунок 3) применяется для передачи движения между валами с параллельными осями. Передаточное число   ,

Вариаторы

В большинстве современных рабочих машин необходимо регулировать скорость исполнительных органов в зависимости от изменяющихся свойств…   ,

Общие сведения о редукторах

 

Редуктор – это механизм, который служит для уменьшения угловой скорости ω и для увеличения крутящего момента М_вр.

1. В зависимости от числа ступеней редукторы бывают:

а) одноступенчатые;

б) двухступенчатые;

в) трёхступенчатые.

2. В зависимости от расположения валов и колёс редукторы бывают:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

3. В зависимости от типа передачи редукторы бывают:

а) цилиндрические зубчатые;

б) конические зубчатые;

в) червячные;

г) коническо-цилиндрические;

д) червячно-цилиндрические.

 

Схемы редукторов

Рисунок 14 - Цилиндрический редуктор. а) – горизонтальный; б) – вертикальный.

Ременные передачи

Ременная передача (рисунок 23) состоит из шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Крутящий момент передаётся за счёт сил трения…   Достоинства («+») Недостатки («-») ●…  

Материалы плоских ремней

ГОСТом предусмотрено 4 вида плоских ремней: 1) Кожаные ремни – обладают хорошей тепловой способностью и высокой… 2) Резинотканевые ремни (прорезиненные) – состоят из нескольких слоёв хлопчатобумажной ткани, связанных между собой…

Виды разрушения ремней

 

Усталостное разрушение – изгиб ремня при набегании на шкивы, сопровождается внутренним трением между его элементами и приводит к усталостному разрушению – ремень расслаивается, ткани перетираются.

Перегрев ремня – в результате скольжения и трения ремень нагревается, что отрицательно влияет на физико-механические свойства ремня, срок его службы уменьшается.

Износ – возникает вследствие упругого скольжения, трения и частичного буксования.

Соединение концов ремня

 

Большое влияние на работу передачи, особенно при значительных скоростях, оказывает соединение концов ремня. Недоброкачественное соединение приводит к преждевременному разрушению и снижает тяговую способность передачи. Существуют 3 основных способа соединения концов ремня: сшивка, склеивание, металлическое крепление.

В последнее время промышленность начинает выпускать плоские ремни в виде замкнутой ленты определённой длины, что значительно повышает долговечность ремней и допускаемые скорости.

 

 

Цепные передачи

Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Состоит из ведущей и ведомой звёздочек, огибаемых связью. В отличие от ремённой…   Достоинства («+») Недостатки («-») ●…  

Классификация цепей, применяемых в машиностроении

 

По назначению цепи делятся на 3 вида:

1) грузовые цепи – служат для подвески, подъёма и опускания грузов (применяются преимущественно в грузоподъёмных механизмах);

2) тяговые цепи – служат для перемещения грузов в транспортирующих машинах;

3) приводные цепи – служат для передачи механической энергии от одного вала к другому.

Грузовые цепи работают при малых скоростях (до 0,25 м/с) и больших нагрузках. Они выполняются круглозвенными или простыми пластинчатыми.

Тяговые цепи работают при средних скоростях (до 2…4 м/с). Они выполнены преимущественно из пластин простой формы и осей со втулками или без втулок. Тяговые цепи отличаются большими массами, так как они имеют значительную длину и наматывания на звёздочки, габариты которых не жёстко ограничены.

Приводные цепи работают при значительных скоростях и выполняются с малыми шагами для уменьшения динамических нагрузок и с износоустойчивыми шарнирами для обеспечения необходимой долговечности. Существует 3 типа приводных цепей, они стандартизованы и изготавливаются на специальных заводах:

1. Роликовые цепи (рисунок 26) – состоят из втулок, установленных на пластины. На втулку установлены валики. Валик и втулка образуют шарнирные соединения. υ£15 м/с.

Рисунок 26 - Роликовая цепь.

А – наружное звено; Б – внутреннее звено.

1, 2 – пластины; 3 – валик; 4 – втулка; 5 – ролик.

 

2. Втулочные цепи – по конструкции аналогичны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет стоимость, уменьшает массу, но увеличивают износ. v£1 м/с.

3. Зубчатые цепи – состоят из набора пластин зубообразной формы шарнирно соединённых между собой. υ£25 м/с.

Звёздочки – по конструкции отличаются от зубчатых колёс лишь профилем зубьев: звёздочки имеют ограниченное число зубьев (для втулочных цепей z₂£120, для зубчатых z₂£140).

 

Основные характеристики цепных передач

 

1. Шаг цепи p – является исходной характеристикой, с увеличением шага повышается нагрузочная способность цепи, но при этом возрастают динамические нагрузки и шум при работе, поэтому при повышенных скоростях рекомендуется применять цепи с малым шагом.

2. Скорость цепи υ – характеристика не постоянная, а средняя скорость движения цепи.

,

 

где υ – средняя скорость, м/с;

n – частота вращения, об/мин;

ω – угловая скорость, рад/с;

p – шаг цепи, мм.

Передаточное число u.

.

 

Рекомендуется u£4, допускается u£7.

4. Число зубьев звёздочек z.

Минимальное число зубьев ведущей звёздочки для роликовых цепей:

.

Число зубьев ведомой звёздочки:

.

Межосевое расстояние a.

.

 

Длина цепи L.

,

 

где L_p – число звеньев цепи (длина цепи в шагах) (округляется до целого чётного числа звеньев).

.

 

Передача винт-гайка

Передача винт-гайка (винтовой механизм) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом как винт, так и гайка… Рисунок 27 - Винтовой домкрат.

Передачи с трением скольжения

  3.7.2 Передачи с трением качения или шариковые винтовые механизмы. В таких механизмах между витками винта и гайки размещают шарики. При вращении винта шарики увлекаются в направлении…

Материалы винта и гайки

Данные материалы должны иметь низкий коэффициент трения и повышенное сопротивление износу. Выбор марки материала зависит от назначения передачи и условий работы. Для уменьшения потерь на трение подбирают пару сталь-бронза. Винты передач без термообработки изготовляют из сталей 40Х, 40ХГ, 65Г и др., с закалкой винтов до твёрдости более 50HRC_э с последующим шлифованием резьбы. Гайки ответственных передач (высокие окружные скорости – υ=6…15 м/мин и нагрузки) изготовляют из оловянных бронз Бр010Ф1, Бр06Ц6С3 и др., а при работе с большим перерывом, а также при малых нагрузках и скоростях – из антифрикционного чугуна марок АВЧ-1, АСЧ-3, АЧК-2, или серого чугуна марок СЧ15, СЧ-20.

 

Валы и подшипники

 

Валы и оси

Зубчатые колёса, шкивы, звёздочки устанавливают на валах и осях. Вал предназначен для поддержания сидящих на нём деталей и для передачи… Ось предназначена только для поддержания сидящих на ней деталей. В машинах оси могут быть неподвижными, несущими на…

Подшипники

 

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу, и передают их на корпус машины. Качество подшипников определяет надёжность и долговечность машины.

В зависимости от рода трения подшипники делятся на:

а) подшипники скольжения;

б) подшипники качения.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

а) радиальные – воспринимают радиальные, т. е. перпендикулярные валу нагрузки;

б) упорные – воспринимают осевые нагрузки;

в) радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

 

Подшипники скольжения

Основные элементы подшипников корпус и вкладыш (втулка). Часто подшипник не имеет специального корпуса. При этом вкладыш размещают непосредственно…  

Подшипники качения

Подшипник качения представляет собой узел, основными элементами которого являются тела качения – шарики или ролики, которые установлены между… Подшипники качения стандартизованы и изготовляются специальными заводами. …  

Муфты

 

В современном машиностроении большинство машин состоит из сборочных единиц и механизмов. Для обеспечения кинематической и силовой связи валы узлов соединяют муфтами.

Муфтой называется устройство для соединения концов валов со свободно сидящими на них деталями (зубчатые колёса, звёздочки и т. д.).

Назначение муфт – передача вращающего момента без изменения его величины и направления.

В ряде случаев муфты дополнительно поглощают вибрации и толчки, предохраняют машину от аварий при перегрузках, а также используются для включения рабочего механизма машины без остановки двигателя.

 

Классификация муфт

 

1. По принципу действия муфты делятся на:

а) постоянные муфты – осуществляют постоянное соединение валов между собой.

б) сцепные муфты – допускают сцепление и расцепление валов во время работы при помощи системы управления.

в) самоуправляемые муфты – автоматически разъединяют валы при изменении режима работы машины.

2. По характеру работы муфты делятся на:

а) жёсткие муфты – передают вместе с вращающим моментом вибрации, толчки удары;

б) упругие муфты – амортизируют удары, толчки, вибрации благодаря наличию пружин, резиновых втулок и т. д.

В курсе ДМ изучают только механические муфты.

Муфты подбирают по большему диаметру соединяемых валов и расчётному моменту

,

 

где k – коэффициент режима работы муфты;

M – момент, передаваемый соединяемыми валами.

 

Наиболее слабые элементы муфты проверяют на прочность по расчётному моменту M_расч.

 

Типы муфт

I) Глухие муфты – соединяют соосные валы в одну жёсткую линию (применяют в тихоходных приводах): а) фланцевые муфты; б) втулочные муфты.