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 21Валы 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 48Выбор 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 резьбШпоночные 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 Мвр.
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 Lp – 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 50HRCэ 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 Mрасч.