Курс лекцій з деталей машин - файл Деталі Машин - Конспект лекцій.doc



Курс лекцій з деталей машин
скачать (2455.8 kb.)
Доступные файлы (1):
Деталі Машин - Конспект лекцій.doc4854kb.13.08.2010 13:21скачать
содержание

Деталі Машин - Конспект лекцій.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
Реклама MarketGid:
Конспект лекцій

ЛЕКЦІЯ 1 - 3

Вступ

У багатьох галузях народного господарства виробничі процеси здійснюються машинами. Сучасні машини багаторазово підвищують продуктивність фізичної і розумової праці людини. Машини настільки міцно ввійшли в життя суспільства, що в даний час важко знайти такий предмет або продукт споживання, який був би виготовлений або доставлний до місця споживання без допомоги машин. Без машин неможливий сучасний розвиток науки, медицини, мистецтва які потребують сучасних інструментів і матеріалів, були б не можливі швидкі темпи будівництва, а також не могли б задовольнятися споживчі потреби населення в предметах широкого споживання.

Конструкції машин неперервно вдосконалюються згідно з вимогами експлуатації та виробництва, а також на основі можливостей, що виявляються з розвитком науково–технічних досліджень, з появою нових матеріалів і способів надання їм потрібних форм та властивостей.

^ Машиною називається механічний пристрій, виконуючий рух для перетворення енергії, матеріалів або інформації з метою заміни або полегшення фізичної і розумової праці людини.

В залежності від функціонального призначення машини діляться на класи: машини–двигуни – енергетичні машини призначенні для перетворення любого вида енергії в механічну (ДВЗ, електродвигуни і т.п.); технологічні машини, призначенні для змінювання розмірів, форми, властивостей або стану предмета (металорізальні верстати, преси, машини харчової та хімічної промисловості); транспортні машини, призначенні для переміщення людей, вантажів (ексколатори, транспортери підйомні крани і т.п.); очислювальні машини ІОМ, компютери і т.п.

^ Мета курсу ”Деталі машин” являє вивчення будови машини, принцип роботи, розрахунки і проектування деталей машин і механізмів загального призначення. Вивчаються кінематичні розрахунки, основи розрахунків на міцність і жорсткість, методи конструювання, раціональний вибір матеріалів і способи з'єднання деталей.

^ Задача курсу ”Деталі машин” заключається в тому, що виходячи із заданих умов роботи деталей і складальних одиниць загального призначення отримати навики їх розрахунка і конструювання; вивчити методи, правила і норми проектування, забезпечуючі виготовлення надійних і економічних конструкцій.


^ ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ПРО ПРОЕКТУВАННЯ

ТА КОНСТРУЮВАННЯ МАШИН

Інженерне проектування – це неперервний процес, у якому наукова і технічна інформація використовується для створення нового приводу, машини або системи, що дають суспільству певну користь.

Конструювання – створення конкретної однозначної конструкції об'єкта згідно з проектом. Конструкція – це будова, взаємне розміщення частин і елементів будь–якого предмета, машини, приладу, яка визначається його призначенням. Конструкція передбачає спосіб з'єднання, взаємодію частин, а також матеріал, з якого виготовляються окремі елементи. Конструювання базується на результатах проектування й уточнює всі інженерні рішення, прийняті при проектуванні.

^ Проектування і конструювання мають одну мету – створення нового виробу, який ще не існує або існує в іншій формі і має інші розміри. (перестановка складових частин, заміна їх іншими елементами чи надання їм іншої форми).

^ Основні етапи створення технічних об'єктів

Процес створення нової машини, приладу або споруди можна розділити на ряд етапів . Це дозволяє контролювати і затверджувати проекти на різних стадіях їхньої розробки.

Практикою вироблена така послідовність проектування і конструювання:

^ Технічна пропозиція – початкова стадія проектування, яка є відповіддю проектувальника на поставлену задачу, вимоги й обмеження, що наведені в технічному завданні. Запропоновані один або кілька варіантів об'єкта ретельно обгрунтовуються з використанням для цього теоретичних розрахунків і аналізу, а також практичного досвіду.

^ Ескізний проект. На цьому етапі проводитися конструкторське опрацювання оптимального варіанта до рівня принципових конструкторських рішень, які дають загальне уявлення про будову і принцип роботи об'єкта. У ескізному проекті закладаються основи використання типових стандартизованих і уніфікованих складових частин технічного об'єкта.

^ Технічний проект виконується після ескізного проектування і містить сукупність конструкторських документів, які відображають повне технічне розв'язування проблеми. У технічному проекті повинні бути розв'язані всі питання забезпечення високого технічного рівня створюваного об'єкта в процесі його виготовлення, складання, випробування та експлуатації.

Робоча конструкторська документація потрібна для забезпечення можливості виготовлення дослідного зразка або початкової серії спроектованого виробу.

^ Види виробів та їхні характеристики

Поняття «виріб» має широкий діапазон значень. До поняття «виріб» належать і технічні об'єкти.

Технічним об'єктом називають створений людиною реально існуючий пристрій, призначений для задоволення певної потреби.

Під виробом розуміють усі об'єкти матеріального виробництва і їхні складові частини: різні машини, апарати, прилади, ручні знаряддя праці та ін. Стандарт установлює такі види виробів: деталі, складальні одиниці, комплекси, комплекти.

Деталь – виріб, виготовлений із матеріалу однієї марки без використання складальних операцій або з використанням місцевих з'єднувальних операцій (зварювання, паяння, склеювання), чи виконанням декоративного або захисного покриття. Приклади деталей такі: вал, виготовлений з одного матеріалу; трубка, виготовлена зварюванням аркушевого матеріалу; гайка, покрита хромом.

^ Складальна одиниця – виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню між собою на підприємстві за допомогою складальних операцій (згвинчування, зварювання, паяння, пресування тощо). До складальних одиниць також відносять: вироби, для яких конструкцією передбачене розбирання на складові частини, наприклад для зручності монтажу, контролю, обслуговування; сукупність складальних одиниць або деталей, які мають загальне функціональне призначення, наприклад двигун чи колесо в автомобілі.

Комплекс – виріб, який складається з кількох окремих виробів, не зв'язаних на підприємстві, яке його виготовляє, складальними операціями, але призначених для виконання взаємопов'язаних експлутаційних функцій. Приклади комплексів такі: цех–автомат для виготовлення певних виробів; роботизована дільниця для термообробки деталнй.

Комплект – кілька виробів загального функціонального призначення допоміжного характеру, не з'єднаних на підприємстві складальними операціями. Приклади такі: комплект запасних частин; комплект інструментів; комплект вимірювальної апаратури.

^ Види і комплектність конструкторських документів

Види і комплектність конструкторських документів на вироби всіх галузей промисловості встановлює ГОСТ 2.102–68.

До конструкторських документів належать графічні і текстові документи, які визначають склад і будову виробу і вміщують потрібні дані для його виготовлення, контролю, приймання, експлуатації і ремонту. Наведені деякі види кон­структорських документів.

^ Креслення деталі – графічний документ, який міс­тить зображення деталі й інші дані для її виготовлення і контролю.

Складальне креслення – графічний документ, який містить зображення складальної одиниці й інші дані, потрібні для її складання (виготовлення) і контролю.

^ Креслення загального вигляду – графічний до­кумент, який визначає конструкцію виробу та взаємодію його ос­новних складових частин і пояснює принцип роботи виробу.

^ Габаритне креслення – графічний документ, в якому дається контурне (спрощене) зображення виробу з габаритними, монтажними і приєднувальними розмірами.

Схема – графічний документ, на якому у вигляді умовних зображень або позначень показані складові частини виробу і зв'яз­ки між ними. Схеми бувають кінематичні, гідравлічні, пневматичні, електричні та ін.

Специфікація – текстовий документ, який визначає склад складальної одиниці, комплексу чи комплекту.

^ Пояснювальна записка – текстовий документ, який містить опис будови і принципу дії спроектованого виробу, а також обгрунтування технічних і техніко–економічних рішень, прийнятих при розробці виробу.

Розрахунок – текстовий документ, який містить розра­хунки параметрів і характерних величин виробу, наприклад кінема­тичний розрахунок, розрахунок розмірних ланцюгів, розрахунок на міцність та ін.

Інструкція – текстовий документ, який містить вказівки і правила для виготовлення або експлуатації виробу.

Для різних стадій, або етапів, проектування та конструювання технічних об'єктів обов'язковою є розробка тих чи інших конструктор­ських документів. Більш детальна потрібна номенклатура конструк­торських документів на вироби інших галузей промисловості наведена у відповідних стандартах. Ця номенклатура повинна узгоджуватись із замовником проектних робіт.

^ Загальні вимоги до машин та їхніх елементів

Якість машин, приладів та інших технічних об'єктів, а також їхніх окремих складальних одиниць і деталей залежить від деяких загальних вимог, які повинен задовольняти створюваний об'єкт. Розглянемо загальні вимоги, які треба брати до уваги на всіх етапах і стадіях проектування та конструювання машин.

Роботоздатність – поняття, що визначає такий стан машини або довільної її складальної одиниці чи деталі, при якому вона здатна виконувати задані функції з параметрами щодо вимог технічної документації із збереженням міцності, незмінності форми і розмірів, стійкості проти спрацьовування, потрібної жорсткості, тепло–і вібростійкості. Ці показники роботоздатності, порушення яких спричинює вихід з ладу машини чи деталі, називають критеріями роботоздатності.

Роботоздатність деталей машин забезпечується наданням їм від­повідних розмірів і форм, раціональним добором матеріалів для ви­готовлення їх з використанням зміцнюючих технологій, застосуван­ням антикорозійного захисту і відповідного змащування. Роботоздат­ність машин та їхніх деталей може бути оцінена розрахунком або ек­спериментальне.

^ Високі експлуатаційні показники машини оцінюють існуючими зразками подібних машин. При збереженні або зменшенні маси і габаритних розмірів нова машина повинна за­безпечувати більш високі продуктивність і ККД, менше споживання енергії, підвищену точність, менші затрати праці на обслуговування і ремонт тощо. Всього цього можна досягнути вдосконаленням конст­руктивної схеми машини, раціональним вибором основних пара­метрів і конструктивних форм, використанням автоматичних систем для регулювання і керування машиною та забезпеченням оптимі–зації робочого режиму.

^ Висока надійність – властивість машини, складальної одиниці або деталі виконувати задані функції, зберігаючи при цьому свої експлуатаційні показники в допустимих межах, протягом напе­ред заданого проміжку часу. Показником надійності м0же бути ймовірність безвідказної роботи машини в призначеному інтервалі часу. Чим ближче ймовірність безвідказної роботи до одиниці, тим вище надійність конструкції.

^ Безпечність в експлуатації характеризує придатність конструкції машини до нормальної експлуатації протягом визначеного технічною документацією строку служби без аварійних руйнувань, небезпечних для обслуговуючого персоналу, виробничого обладнання, а також інших суміжних об'єктів.

Технологічність і економічність конструкції машини чи деталі – це найбільша простота і найменші матеріальні затрати при виготовленні. При розробці проекту треба надавати ви­робу такі конструктивні форми і розміри, а також використовувати для його виготовлення такі матеріали і методи їхньої обробки, які забезпечували б мінімальну масу і витрати матеріалу, найбільш спро­щене і економне виробництво з урахуванням загального обсягу ви­готовлення виробів.

^ Екологічність машини – здатність її виконувати свої функції без шкідливого впливу на навколишнє середовище. Еколо­гічність при проектуванні і конструюванні досягається такими захо­дами використанням технологічно чистих джерел енергії, запобіган­ням шкідливого забруднення виробничих приміщень, нейтралізацією продуктів робочого процесу машини, відповідною герметизацією робочих об'ємів машини, використанням матеріалів для деталей із урахуванням можливості їх утилізації після виходу з ладу, забезпе­ченням виконання функції машини з низьким рівнем шуму та віб­рації.

Усі ці вимоги в значній мірі взаємопов'язані, і лише повне задо­волення їх дає можливість досягнути високої якості машин при про­ектуванні і конструюванні.

^ Розрахунки при проектуванні і конструюванні

Проектування і конструювання машин нерозривно пов'язані з розрахунками, за допомогою яких встановлюються технічна характе­ристика, кінематичні параметри, розміри і форма навантажених дета­лей, запас міцності, довговічність для всіх умов експлуатації і для всіх навантажень. Розрахунки і конструювання поєднані між со­бою. Ці творчі процеси завжди коректують і доповнюють один одно­го. Розрахунки вказують шлях, за яким треба рухатися в напрямі найкращого технічного результату.

У проектуванні використовують такі види розрахунків: геометрич­ні (розрахунок розмірних ланцюгів, координат, зазорів); кінематичні (розрахунок переміщень, швидкостей, прискорень, передаточних чи­сел кінематичних ланцюгів та ін.); динамічні (розрахунок наванта­жень деталей і їхніх змін у часі); розрахунки на міцність та жорст­кість (визначення напружень та деформацій елементів машини в ро­бочих режимах); енергетичні (розрахунки затрат енергії, параметрів енергетичного балансу); техніко–економічні (розрахунки продуктив­ності, вартості, ефективності використання). Якщо кінематичні і ге­ометричні розрахунки, а також розрахунки на міцність та жорсткість відповідальних елементів машини виконуються з достатньою точністю, то інші розрахунки на початковому етапі більш або менш умовні. Це пояснюється тим, що в процесі проектування і конструювання де­які дані, які використовуються в розрахунках, є попередніми і в де­якій мірі наближеними. На кінцевій стадії проектування і конструю­вання всі потрібні види розрахунків повинні виконуватись із достат­ньою точністю.

Той чи інший розрахунок треба виконувати за такою схемою: а) підбір вихідних даних для розрахунку; б) складання розрахунко­вої схеми; в) визначення основних критеріїв роботоздатності об'єкта розрахунку; г) безпосереднє виконання розрахунку; д) формулюван­ня висновків і заключень.

Розрахунки на міцність та жорсткість залежно від їх місця в усьому процесі проектування і конструювання поділяють на проектні та перевірочні.

^ Проектні розрахунки використовують для визначення вихідних розмірів деталей чи їхніх елементів, до того ж ці розрахунки в більшос­ті ві падків виконують за спрощеними методиками. Розміри, здобуті в проектному розрахунку,– це основа для вибору форми деталі та її конструктивних елементів і подальшої ув'язки з іншими деталями в конкретному вузлі машини. Інколи доцільно вибирати конструк­тивну форму і розміри деяких деталей машин, керуючись досвідом проектної роботи або беручи до уваги відомі подібні елементи машини, що перевірені в експлуатації.

^ Перевірні розрахунки є обов'язковими і найбільш точними. Вони виконуються за потрібними критеріями роботоздатності на кінцевих етапах проектування і конструювання для всіх відповідаль­них деталей машин. Якщо форма і розміри деталі не відповідають критеріям міцності чи жорсткості, то змінюють її розміри або кон­струкцію і повторюють розрахунок. Для деталей високого ступеня відповідальності або деталей складної форми з точно не встановленим характером навантаження доцільно проводити експериментальну перевірку розрахунків.


^ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ МАШИН

Загальні відомості про навантаження

Навантаження, які діють на окремі елементи машини, поділяють на корисні та власні (шкідливі).

^ Корисні навантаження сприяють реалізації маши­ною виробничого процесу. Власні навантаження неми­нуче супроводжують роботу машини і в основному складаються із власної ваги окремих ланок, динамічних сил, сил тертя в з'єднаннях і місцевих сил, спричинених концентрацією навантаження на поверхні контакту деталей. Природно, що не всі сили власної ваги і динамічні сили шкідливі. В машинах ударної (молотах) і вібраційної дії дина­мічні навантаження використовують для здійснення корисного робо­чого процесу. Власна вага може також виконувати позитивну роль (наприклад, противага в підйомно–транспортних машинах) або здій­снювати робочі функції (у гиревих приладах часу).

За характером зміни в часі навантаження в машинах поділяють на постійні і змінні.

^ Постійні навантаження – це в більшості випадків сили тиску рідини або газу, навантаження від початкового поперед­нього напруження деталей при їх з'єднанні в процесі складання, а також власна вага. До цих же навантажень належать і постійні про­тягом значного періоду або циклу роботи навантаження, характерні для робочого режиму експлуатації машини. Власна вага має основне значення в транспортних і підйомно–транспортних машинах, в уста­новках для буріння глибоких свердловин та інших машинах. Такі навантаження суттєві для опор важких зрівноважених роторів.

^ Змінні навантаження можуть бути спричинені не­рівномірністю робочого процесу в машинах–двигунах (наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння); внутрішньою динамікою робо­ти (запуск у роботу, гальмування, реверсування, незрівноваженість, неточність виготовлення); зміною робочого процесу машини через збільшення чи зменшення сил корисного опору та ін.

Змінні навантаження можуть бути стаціонарними або нестаціо­нарними. Нестаціонарні – це навантаження із змінними параметра­ми (амплітудою і частотою). Значна кількість машин працює в умовах нестаціонарного навантаження їхніх елементів.

Розглянемо навантаження, які діють у широко розповсюджених машинах – автомобілях і металообробних верстатах.

Зміна навантаження деталей автомобіля може бути спричинена завантаженням кузова (часткова чи повна), поздовжнім профілем дороги (піднімання, опускання чи горизонтальні ділянки), видом та якістю покриття дороги, режимом руху автомобіля (гальмування, зупинка чи процес набирання швидкості) та ін.

Універсальні металообробні верстати, які становлять значну більшість парку верстатів, можуть працювати так: на обдиранні чи на кінцевих фінішних операціях; в умовах індивідуального чи се­рійного виробництва; обробляти великогабаритні чи дрібні деталі з різних матеріалів. При цьому характерними є часті запуски чи зу­пинки двигуна, використання різних інструментів, зміна різальних властивостей інструментів тощо. Обертові моменти на шпинделі таких верстатів можуть змінюватись у сотні разів.

На практиці машини з постійним навантаженням зустрічаються рідко. До них належать машини з постійним робочим режимом робо­ти (наприклад, насосні станції) або машини, в яких рідко змінюється робоче навантаження до 20 % від номінального.

^ Розподіл навантаження в часі та типові режими навантаження елементів машин

Навантаження елементів машини може бути постій­ним у часі або змінюватись у широких межах протягом усього періоду експлуатації машини. Покажемо можливий характер зміни наванта­ження у вигляді графіків, побудованих у системі координат наванта­ження F (або обертовий момент Т) – час t.

На рис. 2.1, а зображений графік постійного навантаження. В мо­мент пуску машини навантаження F спочатку швидко зростає, а по­тім практично залишається постійним протягом значного часу, на­буваючи номінального значення FНОМ , яке є вихідним для виконання розрахунків на міцність.

Для багатьох машин характерним є змінне навантаження протя­гом усього періоду експлуатації (рис. 2.1, б).



Щоб оцінити інтенсивність такого складного режиму навантаження і зробити кількісне порівняння різних режимів навантаження елементів машини, треба поділити весь строк служби h на окремі періоди роботи, або цикли hi, протягом яких навантаження F наближено зберігається постійним. Якщо впорядкувати всі цикли роботи машини за зменшенням наванта­ження, то можна здобути циклограму навантаження елементів маши­ни протягом заданого періоду її експлуатації (рис.2.2 а). Тривалість циклу роботи машини з однаковими навантаженнями можна гранично зменшити, що дозволить характеризувати режим навантаження більш точно. У цьому разі матимемо не ступеневий, а плавний характер циклограми навантаження, до того ж її можна побудувати в системі координат навантаження F– число циклів nц появи навантаження даного рівня (рис. 2.2, б). Навантаження різ­них рівнів відбувається за сумарне число циклів n роботи машини. За циклограмою на рис 2.2, б можна стверджувати, що навантажен­ня рівня Fі з'являється пці разів протягом усього періоду експлуата­ції машини.

На практиці можна використовувати циклограми навантаження, що побудовані в системі координат відносних величин Fі/F (Ті/Т) і пці/n Такі циклограми показані на рис.2.2,в. Вони побудовані для різних режимів навантаження елементів машини і дозволяють характеризувати відносну інтенсив­ність цих режимів. Так, режим за графіком 1 є більш інтенсивним, ніж режим навантаження за гра­фіком 2, бо для режиму 1 перева­жають навантаження більш висо­кого рівня.

Побудова циклограми наванта­ження елементів конкретної маши­ни – дуже складний і трудомісткий процес. Для цього треба зареєстру­вати неперервний характер зміни навантаження протягом значного періоду експлуатації машини. Та­ка реєстрація виконується спеці­альною апаратурою із записом на­вантаження на магнітну стрічку або за осцилограмами. Подальша статистична обробка зареєстрованих навантажень дозволяє побудува­ти циклограму навантаження конкретної деталі.

У нашій країні і за кордоном стосовно технологічних і транспорт­них машин, таких як металообробні верстати, автомобілі, трактори, гірничі і підйомно–транспортні машини, екскаватори, сільськогоспо­дарська техніка та ін., проведене вивчення навантажень у функції часу і накопичена деяка узагальнена інформація про діючі наванта­ження. Це дало можливість дістати типові режими навантаження машин за відомими із курсу теорії ймовірностей законами розподілу випадкових величин.

На рис. 2.3 наведені графіки типових режимів навантаження ма­шин, що побудовані в системі відносних координат Fі/F і пці/n. Тут взято такі позначення: П – постійний режим навантаження; В – важкий режим; СР – середній рівноймовірний режим; СН – середній нормальний режим, Л – легкий режим навантаження.



Рис. 2.3. Графіки типових режимів на­вантаження елементів машин

Для важкого режиму характерний високий рівень навантаження протягом значного періоду експлуатації машини, а для легкого ре­жиму – низький рівень навантаження протягом цього ж періоду.

Гірничі машини здебільшого експлуатуються при важкому режи­мі навантаження, а транспортні – при середньому рівноймовірному або середньому нормальному. Для металообробних верстатів харак­терним є легкий режим навантаження. Різні види підйомно–транспорт­ного обладнання можуть працювати на режимах навантаження від легкого до важкого.

Постійний режим є найнапруженішим, бо машина протягом прак­тично всього періоду її експлуатації знаходиться під дією постійного номінального навантаження. За постійний режим навантаження можна брати такий режим, за яким навантаження елементів змінюється у межах до 20 % від номінального Fном. На практиці постійний ре­жим навантаження зустрічається значно рідше, ніж інші.

При побудові графіків типових режимів навантаження F є макси­мальним, довгочасно діючим. Довгочасно діючими навантаженнями називають такі наванта–ження із їхнього загального спектра, сумарне число появи яких nц ≥ 5∙104. Максимальні навантаження Fmах. для яких число появи за час експлуатації машини пц < 5∙104, вважають короткочасно діючими і при розрахунку деталей на втому до уваги не беруть. За цими навантаженнями виконують розрахунки деталей на статичну міцність.

Відповідність режиму навантаження тієї чи іншої машини або де­талі одному з типових режимів на рис.2.3 встановлюється за подіб­ністю форми графіків і за середнім значенням навантаження. За роз­рахунковий треба брати типовий режим, який найбільш близький до фактичного в області навантажень високого рівня.

^ Шляхи зменшення навантаження елементів машин

Для зменшення навантажень, що діють у машинах на окремі де­талі, можна рекомендувати деякі заходи. Навантаження, що спри­чинені власною вагою, можуть бути суттєво зменшені раціональним вибором матеріалів. Наприклад, для слабонавантажених деталей замість сталей та чавуну можна використовувати легкі сплави або пластмаси. Масу відповідальних та сильнонавантажених деталей мож­на зменшити вибором міцніших матеріалів, які забезпечують менші розміри деталей.

Навантаження, що виникають від початкового попереднього на­пружування деталей при складанні їх, можна обмежити за допомогою активного контролю цих навантажень. Наприклад, затяжку болто­вого з'єднання треба здійснювати ключем граничного моменту, а напресовування деталей – контрольованим зусиллям. Навантажен­ня, що виникають від зміни температурних умов експлуатації маши­ни, можна зменшити деякими конструктивними заходами.

Значної уваги слід надавати зменшенню динамічних навантажень, що можна досягти зниженням рівня чи запобіганням появи зовнішніх та внутрішніх збурюючих факторів, вдосконаленням схеми машини в динамічному відношенні, використанням спеціальних пружних демпферів та гасіїв коливань, запобіжних пристроїв.

Збурюючі фактори можна зменшити перш за все використанням двигунів із постійним робочим процесом (електродвигуни, турбіни) або забезпеченням неперервних та рівномірних робочих процесів машин. У машинобудуванні має місце закономірна тенденція перехо­ду на машини неперервної дії: поршневі насоси замінюють відцентровими, стругальні верстати – фрезерними, замість ковшових екскава­торів застосовують роторні та ін.

Динамічні навантаження в машинах можна зменшити використан­ням пружних, фрикційних та запобіжник муфт, підвищенням точнос­ті виготовлення деталей, динамічним балансуванням обертових еле­ментів.

^ Основні механічні характеристики матеріалів

Основні механічні характеристики машинобудівних матеріалів потрібні конструктору для виконання розрахунків роботоздатності деталей машин, а деякі з них використовують для призначення техно­логії виготовлення деталей. Механічні характеристики матеріалів визначають лабораторними випробуван–нями зразків матеріалів і наводять у відповідній довідковій літературі.

До основних механічних характеристик матеріалів належать такі:

границя міцності σв, МПа – напруження в зразку матеріалу при найбільшому розтягальному навантаженні, якому передує руйнуван­ня зразка;

границя текучості σт, МПа – найбільше напруження, при якому зразок деформується без значного збільшення розтягального наванта­ження;

границя витривалості σR, МПа – найбільше напруження, при якому зразок витримує без руйнування задану кількість циклів зміни напруження, що вибирають за базу випробувань;

відносне видовження δ, % – відношення приросту розрахункової довжини зразка після розриву до його початкової розрахункової довжини;

модуль пружності для розтягу Е, МПа, або зсуву G, МПа – відношення напруження до відповідної йому відносної деформації зразка в границях справедливості закону Гука;

коефіцієнт Пуассона μ – відношення відносної поперечної деформації зразка до відносної його поздовжньої деформації (за абсолютним значенням);

твердість (НВ – за Брінеллем; HRA, HRB, HRC – за Роквеллом; HV – за Віккерсом) – умовна величина, виміряна відповід­ними приладами (твердомірами), яка характеризує опір заглиблю­вання в поверхню матеріалу стандартного індентора (сталевої куль­ки, вершин алмазних конуса чи піраміди).

Границя міцно­сті не може бути універсальним показником для вибору матеріалу тієї чи іншої деталі. У практиці конструювання машин слід врахову­вати весь комплекс умов, в яких повинні працювати окремі деталі, а також найдоцільнішу технологію виготовлення їх. Узагальнену інформацію про придатність матеріалу для тієї чи іншої деталі можуть дати перелічені вище механічні характеристики, а також деякі інші, такі як коефіцієнт тертя, теплопровідність, коефіцієнт лінійного роз­ширення.

Твердість матеріалу – дуже важливий показник, оскільки багато механічних характеристик можуть бути обчислені через твердість, а визначення твердості не вимагає руйнування виробу і може бути легко виконане за допомогою стандартних приладів. Переведення одиниць твердості, добутих на відповідних приладах, можна здійсни­ти за допомогою графіків (рис. 3.2).

Між механічними характеристиками машинобудівних матеріа­лів експериментально встановлено деякий взаємозв'язок. Наприк­лад, знаючи границю міцності матеріалу σв, можна наближено оці­нити границю витривалості σR цього матеріалу. Залежності для на­ближеного визначення границь витривалості деяких конструкційних матеріалів наведені в таблицях.

ЛЕКЦІЯ 4

^ МЕХАНІЧНІ ПЕРЕДАЧІ

загальні відомості та параметри для розрахунку механічних передач

1. Призначення механічних передач та їхня класифікація.

Більшість сучасних машин і приладів створюється по схемі двигун – передача – робочий орган (виконавчий механізм) Необхідність введення передачі як проміжної ланки між двигуном і робочими органами машини пов'язана з рішенням ряду задач. Наприклад, в автомобілях і інших транспортних машинах вимагається змінювати величину швидкості і напрям руху, а на підйомах і при рушані з місця необхідно у декілька разів збільшити обертаючий момент на провідних колесах. Сам автомобільний двигун не може виконувати ці вимоги, оскільки він працює стійко тільки у вузькому діапазоні зміни величини обертаючого моменту і кутової швидкості. При виході за межі цього діапазону двигун зупиняється. Подібно автомобільному двигуну слабо регулюються багато інших двигунів, у тому числі більшість електричних.



В деяких випадках регулювання двигуна можливо, але недоцільно з економічних міркувань, оскільки за межами номінального режиму роботи ККД двигунів істотно знижується.

Maccа і вартість двигуна при однаковій потужності зменшуються із збільшенням кутової швидкості його валу.

Механічною передачею називають механізм, що передає енергію від двигуна до робочого органу машини з перетворюванням параметрів руху.

Обертовий рух найпоширеніший у машинах в порівнянні з іншими видами руху: існує можливість здійснення неперервного та рівномірного руху; невеликі втрати на тертя в спряженнях обертових деталей; порівняльна простота та компактність деталей, що забезпечують обертовий рух.

Безпосередній зв'язок двигуна з робочим органом машини використовується рідко, наприклад у відцентрових насосах, де вал електродвигуна безпосередньо з'єднується з валом насоса.

Потреба впровадження механічної передачі між двигуном та робочим органом машини як складової частини привода диктується такими міркуваннями: для вибору оптимальної швидкості руху; для регулювання швидкості руху (підвищення або пониження); для перетворення виду руху: обертального в поступальне (передачі рейкові і гвинт – гайка) і навпаки; для зміни напряму руху (реверсування); для зміни обертаючих моментів і сил руху; для передачі потужності на відстань.

Отже, основне призначення механічних передач – це узгодження параметрів руху робочих органів машини з параметрами руху вала двигуна.

Усі механічні передачі поділяють на дві основні групи:

а) передачі, що базуються на використанні сил тертя (пасові, фрикційні);

б) передачі, що базуються на зачепленні (зубчасті, черв'ячні, ланцюгові, гвинтові).

У свою чергу, передачі тертям та передачі зачепленням можуть здійснюватись безпосереднім дотиканням ведучого та веденого елементів передачі (фрикційні, зубчасті, черв'ячні) і за допомогою проміжної гнучкої ланки – так звані передачі гнучким зв'язком (пасові, ланцюгові).

2. Основні співвідношення для кінематичних параметрів і параметрів навантаження механічних передач

Розглянемо загальні співвідношення між деякими параметрами всіх механічних передач на прикладі зубчастої передачі (рис. 19.1)

Усі параметри механічної передачі, що належать до ведучої ланки будемо позначати індексом 1, а до веденої ланки – відповідно індексод 2. Під ведучою або веденою ланкою будемо розуміти вал, зубчасте колесо, шків, зірочку тощо.

Переважно ведучі ланки або елементи мають більшу швидкість, а ведені – меншу. Тому перші інколи називають швидкохідними, а другі – тихохідними ланками.

Основний кінематичний параметр механічної передачі – передаточне число U = ω1/ ω2 (1)

яке є відношенням кутової швидкості ω1 ведучої ланки до кутової швидкості ω2 веденої ланки передачі.

Енергетичними параметрами механічної передачі є передавані потужності на ведучій ланці P1 і на веденій ланці P2, а також коефіцієнт корисної дії (ККД) ?, що визначається за співвідношенням

η = P2/P1. (2)

ККД характеризує ступінь досконалості механічної передачі і за ним можна оцінити втрати потужності ∆P у передачі:

∆P = P1–P2 = P1(I–η). (3)

Параметри ω1 і ω2, а також P1 і P2 є мінімально потрібними для розрахунку будь–якої механічної передачі.

Передавані потужності, Вт, та кутові швидкості, рад/с, визначають обертові моменти, Hм, на валах передачі;

на ведучому валу

T1 = P11; (4)

на веденому валу

T2 = P22. (5)

Співвідношення між обертовими моментами на валах механічної передачі можна встановити за виразами (4) та (5) і записати у такому вигляді:

T2/T1 = U·η або T2 = T1·U·η (6)

Інколи швидкості обертання ланок механічної передачі задаються у вигляді частоти обертання n, хв–1. Зв'язок між кутовою швидкістю ω, рад/с, та частотою обертання n,хв–1, виражається співвідношенням

ω = π·n/30.

У розрахунках механічних передач зустрічаються такі параметри, як колова швидкість та колова сила. Колова швидкість v – це лінійна швидкість точок обертової ланки передачі, розміщених на відстані d1/2 або d2/2 від осі обертання (рис. 19.1):

v = v1= v2 = ω1·d1/2 = ω2·d2/2. (7)

Колова сила Ft – це сила, що діє на ланку передачі, спричинюючи її обертання або створюючи опір обертанню, і напрямлена по дотичній до траєкторії (кола) руху точки її прикладання (рис. 19.1):

Ft = Ft1 = Ft2 = 2T1/ d1 = 2T2/d2. (8)

Потужність, кВт, що затрачається на рух ланки передачі із швидкістю v, м/с, у напрямі, протилежному дії на ланку зовнішньої сили F, H, визначають за формулою

P = F·v/103. (9)

У приводах машин можуть застосовуватись кілька послідовно розміщених механічних передач 1–4 (рис. 19.2). У цьому разі загальне передаточне число u привода та його ккд визначаються за наведеними нижче формулами:

ω2 = ω1/U1; ω3 = ω2/U2 = ω1 /(U1·U2);

ω4 = ω3/U3 = ω1/(U1·U2·U3).

Загальне передаточне число привода

U = ω1/ ω4 = U1·U2·U3.

Отже, загальне передаточне число привода, що складається з кількох механічних передач, дорівнює добутку передаточних чисел його складових передач, тобто

u = U1·U2. . .Un. (10)

Зв'язок між потужностями на окремих валах привода (рис. 19.2) запишемо у вигляді

P2 = P1·η1; P3 = P2·η2 = P1·η1·η2; P4 = P3·η3 = P1·η1·η2·η3 Відповідно ККД всього приводного механізму

η = P4/P1 = η1·η2·η3

ККД привода, що складається з кількох механічних передач, дорівнює добутку ККД всіх його складових передач, тобто

η = η1·η2...ηn (11)

3. Загальні міркування щодо вибору розрахункових навантажень механічних передач

Навантаження, що передають механічні передачі, можуть бути постійними або змінними в часі. Як постійні, так і змінні навантаження спричинюють у деталях механічних передач циклічнозмінні напруження, що обумовлені, наприклад, періодичним входом у зачеплення зубців зубчастих передач або зміною положення паса на шківах у пасових передачах. Рівень циклічно змінних напружень залишається постійним при постійному зовнішньому навантаженні, але змінюється у разі змінного зовнішнього навантаження.

Змінний режим навантаження можна замінити еквівалентним постійним режимом. При цьому за номінальне навантаження T=ТНОМ (або F=FНОМ) беруть максимальне довгочасно діюче навантаження, число циклів появи якого не менше від 5·104 за строк служби машини чи її деталі. Максимальні навантаження Tmax (aбo Fmax) із числом циклів появи менше від 5·104 вважають короткочасно діючими і беруть тільки у розрахунках деталей на статичну міцність при перевантаженнях [22].

Вибір номінального навантаження залежить від призначення приводного механізму:

а) якщо привод проектують для роботи із заданим режимом навантаження то це навантаження беруть за номінальне розрахункове для передач цього привода. Приводні двигуни, що використовують в такому випадку, можуть мати потужність, яка відповідає даному номінальному навантаженню, або може бути дещо більшою від потрібної. B цьому випадку передачі приводного механізму не будуть перевантажені, це спричинить лише недовантаження двигуна;

б) якщо проектують механічну передачу без конкретних вказівок її призначення, але з відомим режимом навантаження, то треба мати на увазі, що споживач може завантажити передачу на повну потужність використаного у приводі двигуна. У цьому разі розрахунок передачі слід виконувати за номінальним обертовим моментом, що дістають із номінальної потужності двигуна;

в) у разі проектування передачі з невідомим режимом навантаження, але із заданим номінальним навантаженням (наприклад, редуктори загального призначення) у розрахунках слід брати найважчий для передачі режим – режим з постійним навантаженням.

Максимальні навантаження Tmax у передачах, що обумовлені дією короткочасних або випадкових перевантажень, можуть у кілька разів перебільшувати номінальні розрахункові навантаження. B основному вони залежать від характеру робочого процесу в машинах. У розрахунках механічних передач максимальне навантаження беруть таким: Tmax = ТКп,

де Кп – коефіцієнт короткочасного перевантаження, що беруть за рекомендаціями на основі досвіду експлуатації конкретних машин. Якщо рекомендації щодо вибору Кп відсутні, а у приводних пристроях використовують асинхронні електродвигуни, то значення коефіцієнта перевантаження можна брати рівним відношенню пускового моменту до номінального моменту двигуна, яке задається в каталогах електродвигунів.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Реклама:





Скачать файл (2455.8 kb.)

Поиск по сайту:  

Учебный материал
© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru