Требования к машинам и деталям

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Детали машин – это дисциплина, изучающая основы расчета и конструирование деталей и узлов машин общего назначения. Раздел №1: Требования к машинам и деталям Машина – это устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или замены физического и умственного труда. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН 1. энергетические машины ( предназначены для преобразования видов энергии: электродвигатели, турбины) 2. информационные машины (предназначены для сбора, хранения, переработки и использования информации) 3. рабочие машины транспортные (предназначены для перемещения изделий, грузов или людей: автомобили, самолеты) технологические ( предназначены для изменения формы, размеров или внутренних свойств обрабатываемого предмета: станки, термические агрегаты) В структурном отношении машина представляет собой единый комплекс механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей, обеспечивающих выполнения присущих функций. Механизм – это система твердых тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. 1. кривошипно-шатунный механизм компрессора 2. кулачковый механизм 3. кривошип- ползунный Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе сборочными операциями. Узел – сборочная единица, которую можно собирать отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения. а) подшипник качения б) муфта упругая Деталь – часть машины, изготовленная из одноименного на марке и наименованию материала без применения сборочных единиц. а) вал б) винт в) заклепка г) колесо зубчатое цилиндрическое ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАШИНАМ 1. производительность 2. точность 3. экономичность 4. технологичность 5. надежность и долговечность 6. удобство и безопасность в обслуживании 7. современный дизайн 8. транспортабельность При расчетах, конструировании и изготовлении машины должны соблюдать стандарты: - международные (ISO) - государственные (ГОСТы) - отраслевые (ОСТы) - предприятия (СТП) Машиностроительные стандарты – документы, содержащие обязательные нормы, правила и требования в сфере проектирования, производства, эксплуатации и ремонта машин. Наиболее эффективный метод стандартизации унификация – рациональное сокращение числа объектов одинакового функционального назначения, сведение к min типоразмеров деталей. Основные критерии работоспособности 1. прочность - способность деталей сопротивляться разрушению или эластическому деформированию под действием нагрузок. Различают статическую (нарушение статической прочности обычно связано с перегрузками) и усталостную (вызываются длительными действиями переменных напряжений) прочность деталей. Повышают прочность за счет рациональной формы детали, устранения концентратов напряжений, применения поверхностного упрочнения. 2. жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Жесткость деталей обеспечивает требуемую точность машины. Роль жесткости как критерия работоспособности непрерывно возрастает в связи с повышением быстроходности машин, снижения массы и габаритов деталей. 3. износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивления изнашиванию. Изнашивание – процесс разрушения поверхностных слоев при трении, заключающихся в отделении материала с поверхности детали и приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхности деталей. 85-90% машин выходит из строя в результате изнашивания!!! Износ – результат процесса изнашивания. 4. теплостойкость – способность деталей работать в пределах заданных температур в течение установленного срока службы. С увеличением температуры ухудшаются механические свойства материалов, снижаются вязкость смазочных материалов, увеличивается изнашивание, изменяются зазоры, возрастают динамические нагрузки. 5. виброустойчивость – способность детали работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колебаний. Вибрации снижают качество работы машин, вызывают дополнительные переменные напряжения в деталях, увеличивают шум. Особенно опасными являются колебания. Виброустойчивость является критерием работоспособности машин, от которых требуется высокая плавность работы и малошумность. Выбор критерия работоспособности производится исходя из условий работы детали, ее конструкции и характера возможного разрушения. *При конструкции деталей машины выполняют расчеты: - проектировочный (дополнительный). По главным критериям работоспособность определяет основные размеры детали. - проверочный (уточненный). Под известным размером и форме детали определим из проектировочного расчета или принятым конструктивно, находят и сравнивают их с допускаемыми. Раздел №3: Прочность деталей машин при переменных напряжениях. Напряжение периодически изменяет свое значение или значение и знак. Напряжение – интенсивность внутренних сил, возможных в детали под действием нагрузки. ВИДЫ НАГРУЗКИ (ПО ХАРАКТЕРУ ИЗМЕНЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ) 1. постоянная (вызывает постоянные напряжения) 2. переменная (вызывает переменные напряжения) НО!!! Переменные напряжения могут быть следствием не только действия переменных нагрузок, но и результатом изменения положению детали. Разрушение детали при циклическом нагружении называют усталостным. Оно происходит вследствие возникновения и развития макротрещин в зоне концентраций напряжений. Способность материала воспринимать многократное действие переменного напряжения от заданной нагрузки без разрушения называют выносливостью. σmin / σmax = R – называют коэффициентом асимметрии цикла. R = -1 – для симметричного R = 0 – для отнулевого Опытным путем установлено, что для многих материалов существует такое наибольшее напряжение, при котором материал выдерживает, не разрушаюсь, неограниченное количество циклов нагружения. Это напряжение – предел выносливости. Предел выносливости обозначается: →при изгибе – σR →при кручении – τR Предел выносливости определяется опытным путем: испытывают образцы при различных величинах напряжений и находят число циклов N,необходимое для доведения образца до разрушения. По полученным данным в координатах σ- N строят кривую усталости. При достижении определенного числа циклов N6, называется базовым, испытания прекращают. Для отнулевого цикла σR, обозначают как σ0.Для симметричного цикла σR – σ-1. При заданном значении Nc по кривой усталости определяется предельное напряжение σс, а при заданном уровне напряжения определяют предельное значение числа циклов. НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛИ ВЛИЯЕТ: - размеры поперечного сечения - форма поперечного сечения - качество обработки поверхности -метод упрочняющей обработки поверхности Влияние этих факторов при прочностных расчетах учитывают коэффициентом снижения предела выносливости Кσ (Кτ), показывающий во сколько раз предел выносливости реальной детали, имеющей концентраторы напряжений, меньше предела выносливости гладких стандартных образцов. Работоспособность ряда деталей машин (зубчатых колес, подшипников качения и т.д.) определяется контактной прочностью, т.е. прочность их рабочих поверхностей, контактирующих под нагрузкой. После приложения внешней нагрузки линейный(или точечный) контакт переходит в контакт по малой площадке с высокими значениями контактных напряжений. где F – нормальная нагрузка b- длина контактной линии E1, E2 – модули упругости материалов деталей ρпр – приведенный радиус кривизны контактирующей поверхности ρпр = ρ1 ρ2 /(ρ1+ ρ2) В инженерных расчетах формула Герца преобразовывается в зависимости от конфигурации конкретных деталей и условий их работы. Конструкционные материалы и способы изготовления деталей машин. ОСНОВНЫМИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ ЯВЛЯЮТСЯ: 1. стали – сплав на основе железа с содержанием углерода до 2% и другими элементами. Свойства сталей улучшают легированием, т.е. добавлением в сплав вольфрама 2. чугун- содержит углерода более 2%(2%-4%), обладает хорошими литейными и антифрикционными свойствами(малый коэффициент трения) 3. цветные сплавы- сплавы на основе меди(латуни и бронзы), алюминия(силумины, дуралюмины), магния и мягких металлов 4. неметаллические материалы – пластмассы, древесные, резиновые, текстильные и другие. В современных машинах используют: 1. композиционные материалы – это композиции из тонких высокопрочных волокон (углерода, бора, стекла) и пластичной основы(матрицы) – металлической, керамической или полимерной. Такое строение материалов обеспечивает высокую надежность при переменном напряжении. 2. порошковые материалы – получают прессованием и последующим спеканием в прессформах из смесей металлических и неметаллических порошков. Этим материалом можно придать особые свойства, которые не могут быть получены традиционными способами: высокую твердость, пористость, антифрикционность… СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК -литье -обработка давлением (ковка, штамповка), (прокатка) -порошковая металлургия