Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Агейчик В.А. Детали машин и основы конструирования - файл 1.doc


Агейчик В.А. Детали машин и основы конструирования
скачать (5019.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc5020kb.17.11.2011 20:47скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Реклама MarketGid:
Загрузка...
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра сопротивления материалов и деталей машин

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Часть 1

Методическое пособие по выполнению курсового проекта
для студентов специальностей агроинженерии



Минск 2007

УДК 20.4.6

ББК 30.2

А-49

Рекомендовано методическим советом агромеханического факультета, протокол № 5 от 31.10.2006 г.

Составители: к.т.н., доц. Валерий Александрович Агейчик (гл. 1-3); к.т.н., доц. Николай Станиславович Примаков (гл. 4); ст. преп. Лилия Сергеевна Жаркова (гл. 5 и приложение); ст. преп. Александр Иванович Оскирко (гл. 6); ст. преп. Петр Владимирович Клавсуть (гл. 5).

Рецензенты: зав. кафедрой механики и ТММ БГАТУ к.т.н. И.С. Крук; зав. кафедрой детали машин БГТУ к.т.н., доцент С.Е. Бельский.
Ответственный за выпуск Агейчик В.А.

Электронный набор — Агейчик В.А.

Верстка — Агейчик В.А.

Дизайн — Жаркова Л.С.

Содержание

Предисловие …………………………………………………………………..

Глава 1 Исходные положения, используемые при расчете деталей машин

1.1 Ключевая информация ………………………………………...

1.2 Основные показатели машин …………………………………

1.3 Общие требования к современным машинам, их деталям и сборочным единицам …………………………………………….

1.4 Причины выхода из строя и основные критерии работоспособности машин ……………………………………...............

    1. Механический электропривод ……………………………….

1.5.1 Общие сведения ……………………………………………..

  1. Кинематические и силовые соотношения в передачах …….

  2. Выбор электродвигателя переменного тока и влияние его механической характеристики на оценку эффективности привода ……………………………………………………………

1.6 Редукторы, мотор-редукторы и вариаторы …………………

Глава 2 Технологические машины аграрного производства как объект проектирования электромеханических приводов ……………………………

    1. Ключевая информация ..………………………………………

    2. Примеры использования механических приводов в сельскохозяйственном производстве ……………………………………..

Глава 3 Методология проектирования машин ………………………………..

3.1 Ключевая информация ……………………………………….

3.2 Основные принципы конструирования …………………….

3.3 Технологичность проектируемых изделий ………………….

3.4 Красота и удобство. Эргономика …………………………….

3.5 Принципы инновационного проектирования ……………...

3.6 Современные методы оптимального проектирования на основе САПР ………………………………………………………..

3.7 Техническая система и принципы ее создания ……………...

Глава 4 Расчет зубчатых передач …………………………………………......

4.1 Материалы зубчатых колес. Способы упрочнения зубьев …

4.2 Определение допускаемых напряжений……………………...

4.3 Коэффициенты нагрузки. Точность зубчатых передач ……..

4.4 Расчет цилиндрических зубчатых передач ………………......

4.5 Расчет конических зубчатых передач ………………………..

Глава 5 Расчет червячных передач …………………………………………….

Глава 6 Проектирование передач с гибкой связью ……………………….......

6.1 Расчет плоскоременной передачи …………………………...

6.2 Расчет клиноременных и поликлиноременных передач …..

6.3 Расчет зубчато-ременной передачи ………………………….

6.4 Проектирование цепных передач ……………………………

6.4.1 Расчет втулочно-роликовых передач ……………………......

6.4.2 Расчет передач с зубчатыми цепями …………………………

Приложение …………………………………………………………………….

Литература ……………………………………………………………………

4

6

6

9
12
17

24

24

26

32

38
54

54
55

59

59

61

68

70

75
82

88

102

102

106

112

117

128

135

150

150

159

169

178

178

189

196

197

ПРЕДИСЛОВИЕ
Методическое пособие содержит как общетеоретические положения, так и кон­кретные инженерные решения, результаты теоретического анализа и практики проектирования машин. В качестве основной дидактической задачи выступает развитие умений выполнять инженерно-технические проекты. Реализация поставленной задачи и развивающая функция дидактического процесса предусматриваются на конкретных объектах — технологических машинах сельскохозяйственных производств. Это способ­ствует мотивации изучения общетехнических дисциплин и закрепляет в сознании студентов прикладную направленность знаний при изучении ими профессиональных предметов. Издание излагает основы проектно-конструкторской подготовки в трех аспектах: расчет деталей и узлов машин; конструирование; оформление конструкторской документации. В комплексной цепочке: наука — техника — производство ключевым звеном является инженерно-конструкторская служба. Дисциплина «Детали машин» считается школой, в которой студенты должны овладевать умениями и навыками конструирования. Авторами не ставилась цель дать подробную разработку чертежей механизмов и отдельных схем; предполагалось, что для этого студенты должны пользо­ваться атласами конструкций деталей машин. По этой же причине спра­вочные сведения из стандартов приведены в сокращенном объеме.

Объектом закрепления теории и навыков решения комплекс­ных инженерно-технических задач служит привод. Студенты производят кинематические расчеты, определяют силы, действующие на детали и звенья сборочных единиц, выполняют расчеты деталей на прочность и жесткость, решают вопросы, связанные с выбором материалов и наибо­лее технологичных форм деталей, освещают вопросы сборки и разборки отдельных сборочных единиц и привода в целом. Они знакомятся с действующими стандартами и нормативными материалами, справочной литературой; приобретают навыки пользования ими при выборе конструкций и размеров деталей, а также при выполнении рабочей конструкторской документации: пояснительной записки, габаритных, сборочных и рабочих чертежей. Знания и опыт, приобретенные студентами при выполнении курсового проекта, по деталям машин — это база для выполнения последующих курсовых проектов по специальным дисципли­нам и дипломному проектированию. Материал размещен в последова­тельности, соответствующей порядку работы студента над проектом, содержит задания на проектирование для всех агроинженерных специальностей БГАТУ. Авторы выражают искреннюю признательность академику Международной академии информации и Академии профессионального образования, д.т.н., профессору, заведующему кафедрой теоретической и прикладной механики Московской государственной технологической академии Д.В. Чернилевскому. Его концептуальный подход и конкретные разработки [12] легли в основу данного методического пособия.
Глава ^ 1 ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
1.1 Ключевая информация
Для выполнения производственных процессов в сельскохозяйственном производстве как в большинстве других отраслей народного хозяйства исполь­зуются машины.

Машина состоит из деталей, механизмов, узлов, сборочных единиц, агрегатов и элементов, обеспечивающих соединение составных частей в многофункциональное изделие.

Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятиях. ГОСТ 2.101–68 устанавливает следующие виды изделий: 1) детали; 2) сборочные единицы; 3) комплексы; 4) комплекты. Изделия, в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей, делятся: 1) на неспецифицированные (детали) — не имеющие составных частей; 2) на специфицированные (сборочные единицы, комплексы, комплекты) — состоящие из двух и более составных частей. Составными частями машины являются: деталь, сборочная единица (узел), комплекс и комплект.

Деталь изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций.

Узел — изделие, представляющее собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т.п.).

Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными опе­рациями (свинчиванием, с натягом, клепкой, сваркой, пайкой и др.).

Комплексдва и более специфицированных изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначен­ных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (поточная линия станка, автоматическая телефонная станция и т.п.).

Комплект два и более изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект инструмента и принадлежностей и т.п.).

Машина — устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производи­тельности.

Категория «машина» в быту чаще употребляется в качестве термина «техника». Техника это созданные человеком материальные средства, используемые им для расширения его функциональных возможностей в различных областях деятельности с целью удовлетворения материаль­ных и духовных потребностей.

По характеру рабочего процесса все многообразие машин можно разделить на классы: энергетические, технологические, транспортирующие и информационные.

Энергетические машины — это устройства, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, паровой, тепловой и т.п.) в механическую. К ним относятся электрические машины (электродвигатели), электромагнитные преобразователи тока, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.п. К разновидности энергетических машин относятся машины-преобразователи, служащие для преобразования механической энергии в энергию любого вида. К ним относятся генераторы, компрессоры, гидрав­лические насосы и т.п.

Транспортирующие машины преобразуют энергию двигателя в энергию перемещения масс (продукции, изделий). К транспортирующим машинам относятся конвейеры, элеваторы, нории, подъемные краны и подъемники.

Информационные (вычислительные) машины предназначены для получения и преобразования информации.

Технологические машины предназначены для преобразования обраба-

тываемого предмета (продукта), состоящего в изменении его размеров, формы, свойства или состояния.

Технологические машины состоят из энергетической машины (двигателя), передаточного и исполнительного механизмов. Важнейшим в машине является исполнительный механизм, определяющий технологические возможности, степень универсальности и наименование машины. Те части машины, которые вступают в соприкосновение с продуктом и воздействуют на него, называются рабочим органом машины.

Механизм система сопряженных тел, предназначенная для преобра­зования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других твердых тел. Механизмы, входящие в состав машины, весьма разно­образны.

По функциональному назначению механизмы машин принято делить на: передаточные; исполнительные; управления, контроля и регулиро­вания; подачи, транспортирования и сопротивления.

В данном методическом пособии основное внимание уделено основам конструирования передаточных механизмов.

Агрегат укрупненный унифицированный элемент машины, обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции в технологическом процессе (в автомобиле: двигатель, коробка передач, дифференциал и т.п.).

Узел — часть машины, механизма, установки и т.п. состоящая из нескольких более простых элементов (деталей), имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т.п.).

В области конструирования машин (машиностроения) широко используется категория техническая система, под которой понимаются искусственно созданные объекты, предназначенные для удовлетворения определенной потребности, которым присущи возможность выполнения не менее одной функции, многоэлементность, иерархичность строения, множественность связей между элементами, многократность изменения и многообразие потребительских качеств. К техническим системам относятся отдельные машины, аппараты, приборы, сооружения, ручные орудия, их элементы в виде узлов, блоков, агрегатов и других сборочных единиц, а также сложные комплексы взаимо­связанных машин, аппаратов, сооружений и т.п.
Вопросы для самоконтроля


  1. Дайте определение основным видам изделий машиностроения.

  2. На какие классы делятся машины в зависимости от их функционального назначения?

  3. В чем различия между передаточным, исполнительным и рабочим органами машины?

  4. Что предусматривает творческий процесс проектирования?


^ 1.2 Основные показатели машин
Важнейшими характеристиками при оценке машин являются: надеж­ность, работоспособность, производительность, экономическая эффек­тивность, металлоемкость, энергоемкость, степень автоматизации, прос­тота и безопасность обслуживания, удобство управления сборки и разборки.

Надежность по ГОСТ 27.002–89 характеризуется как свойство
машины сохранять во времени в установленных пределах значения всех
параметров, характеризующих ее способность выполнять требуемые функ­ции
в заданных режимах и условиях применения, технического обслу­живания,
ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависи­мости от назначения объекта и условий его применения может включать такие категории, как отказ, безотказность, долговечность, ремонтопригод­ность и сохраняемость в отдельности или при определенном сочетании этих свойств.

Отказ событие, заключающееся в нарушении работоспособности машины (полной или частичной). По своей природе отказы бывают: полные и частичные; внезапные (например, поломка) и постепенные (изнашивание, коррозия); опасные для жизни человека; тяжелые и легкие, устранимые и неустранимые. В зависимости от причин возник­новения отказы подразделяются на конструкционные, производственные и эксплуатационные. На стадии конструирования они обуславливаются ошибками конструктора, несовер­шенством принятых методов расчета и конструирования. При изготов­лении — нарушением принятой технологии, а также ее несовершен­ством. В эксплуатации — нарушением правил эксплуатации, внешним воздействием, несвойственным нормальным условиям эксплуатации.

Надежность деталей машин, механизмов и приборов во многом зависят от того, насколько близки предельные запасы основных расчет­ных критериев работоспособности (прочность, скорость, температура, износостойкость и др.) к действительным рабочим режимам.

Главнейшими критериями надежности машин и других систем являются: частота отказов a (), интенсивность отказов ; вероят­ность безотказной работы Р () в течение заданного пробега () или заданного промежутка времени. Так как отказ и безотказная работа представляют собой взаимно противоположные события, то можно записать:
P(t) + Q(t) = 1, (1.1)
где Q(t) вероятность отказа за время t.

Чем больше в сложной системе элементов, тем меньше вероятность ее безотказной работы. Это следует помнить и учитывать при проектировании. Вероятность безотказной работы системы в разные периоды ее срока службы различна. Обычно с увеличением срока службы (или, например, пробега) вероятность безотказной работы уменьшается. При этом законы распределения вероятности безотказной работы могут быть различными: показательной, нормальной, логариф­мически-нормальной и др.

Безотказность свойство объекта непрерывно сохранять работо­способное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Для этого свойства характерным является непрерывность сохране­ния работоспособного состояния объекта в течение его применения по назначению.

Долговечность (ресурс) — свойство объекта сохранять работоспособ­ное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения (или) транспортиро­вания.

Работоспособность состояние изделия (привода, узла, детали, машины), при котором оно способно нормально выполнять заданные функции в соответствии с параметрами, установленными нормативно-технической документацией.

Основными критериями работоспособности машин являются: проч­ность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость и стойкость против коррозии и старения. Эти критерии обеспечивают безотказное функционирование машины в пределах заданного ресурса.
^ Вопросы для самоконтроля
1 Дайте определение категории «надежность».

2 Раскройте суть главнейшего критерия надежности

3 Какие критерии обеспечивают безотказное функционирование машин?

^ 1.3 Общие требования к современным машинам, их деталям и сборочным единицам
Несмотря на большое многообразие современных машин, отли­чающихся друг от друга назначением, производительностью, скоростью движения рабочих органов и т.д., установлены общие требования, предъявляемые к конструкции самих машин, а также к их сборочным единицам и деталям. Такими требованиями к машинам являются:

  • соответствие производительности заданным объемам и темпам выполнения работы;

  • обеспечение высокой надежности и долговечности, а также срока службы машины, соответствующего сроку гарантии в заданных условиях эксплуатации;

  • правильность выбора материала и рациональных способов обработки;

  • соответствие конструкции машины ее назначению;

  • обеспечение наименьших габаритных размеров машины, затрат труда и материально-денежных средств;

  • удобство доставки к потреблению;

  • привлекательность формы и отделки внешнего вида машины.

К конструкциям сборочных единиц предъявляются требования легкой сборки и разборки, легкой замены относительно быстро изнаши­вающихся частей и т. д.

Детали должны иметь минимальную массу при достаточной проч­ности и быть надежными в эксплуатации, так как их поломка может привести к авариям в машине. Прочность детали обеспечивается выбором материала и правильно рассчитанными размерами. Уменьшение массы деталей достигается применением более прочных и экономичных материалов. Применение наиболее точных методов расчета дает возможность получить размеры деталей без излишних запасов прочности. Многие детали должны также обладать достаточной жесткостью, т.е. способностью сопротивляться образованию остаточных деформаций. Особое значение это имеет для таких деталей, как корпуса, валы, оси, опоры. Жесткость деталей зависит от свойств материала, размеров и формы деталей, поэтому при конструкции многие детали машин подвергаются расчетам на жесткость и специальным испытаниям опытных образцов.

Деталям должна быть придана достаточная износостойкость. Это требование выполняется применением специальных материалов и различ­ными способами поверхностного упрочнения.

Детали должны быть как можно более простыми по форме и экономичными в изготовлении. Это требование может быть выполнено при условии тесного содружества конструкторов и технологов, обеспечивающего применение наиболее рациональных конструкций, прогрессивной технологии, более дешевых материалов и т.д.

Одним из существенных критериев оценки конструкций изделия является его технологичность и экономичность.

Существуют следующие виды технологичности конст­рукций: производственная; эксплуатационная; технического обслужива­ния; ремонтная и др.

Производительность машиныэто объем работ, производимых ею в единицу времени.

Экономическая эффективность характеризует народно-хозяйствен­ные результаты и целесообразность производства машин и их примене­ния. Она измеряется отношением получаемого эффекта (в виде роста объема выпускаемой продукции или работ, снижением их себестоимости, роста прибыли) к затратам на создание и внедрение машины.

Большой экономический эффект дают унификация, стандартизация деталей и сборочных единиц, модифицирование, агрегатирование и универсализация машин.

Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуата­ции и ремонта машин.

Стандартизация — есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей и сборочных единиц. Стандартизация ускоряет конструирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин.

Модифицированием называют переделку машины с целью приспо­собить ее к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции

Агрегатирование метод конструирования машин на основе применения унифицированных и стандартных составных частей. Агрегатирование сокращает трудоемкость конструирования и изготовления машин, упрощает их эксплуатацию.

Универсализация характеризуется расширением функций машин, увеличением диапазона выполняемых ими операций, расширением номенклатуры обрабатываемых деталей.

Технологичной называется конструкция машины, которая обеспечивает заданные эксплуатационные качества и позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими затратами труда и материалов. Технологичность конструкции тесно связана с серийностью, обеспечивающей ее соответствие масштабу выпуска и условиям производства. В значительной степени технологичность конструкции обеспечивается широким внедрением стандартизации, нормализации и унификации, использованием полуфабрикатов и рекомендуемых материалов, а также типизацией технологических процессов. Основные условия обеспечения технологичности связаны со способами получения заготовки, механической обработки и с точностью изготовления деталей и сборки.

Литые детали должны обеспечивать легкость формовки, сочетание толщин стенок, плавные закругления, литейные уклоны, правильное расположение ребер, удобство для базирования и механической обработки. Детали, получаемые ковкой, штамповкой, прокаткой, не должны иметь острых внутренних углов, резких перепадов толщин стенок, обеспечивать хорошее «растекание» металла в штампе и уклоны, обеспечивающие удаление детали из штампа.

Методом литья получают детали практически неограниченной сложности, а посредством штамповки изготовляют детали сравнительно простой конфигурации, но с применением сварки из штампованных элементов выполняют изделия весьма сложной формы.

Таким образом, под технологичностью конструкций и их деталей подразумевается придание им соответствующих конструктивных форм и применение для их изготовления таких материалов и приемов, которые обеспечивают наименьшие в требуемых пределах массу и размеры конструкции, минимальный расход материалов, наибольшую простоту и экономичность производства.

Технико-экономические расчеты наряду с техническими величинами учитывают также и экономические категории — затраты материалов, энергии, труда и других средств. Особый интерес представляет выполнение таких расчетов на первых этапах конструирова­ния, особенностью которых является многовариантность. Сущность технико-экономического подхода при конструировании заключается в поисках наиболее рациональной конструкции машины с учетом совокупности всех особенностей производства и эксплуатации. Экономический эффект возрастает пропорционально увеличению долговечности машины, а также за счет снижения стоимости затрат рабочей силы при эксплуатации и повышения производительности машины.

Экономическое обоснование выбора варианта конструкции связано с оценкой материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготов­ления машины. При оценке различных вариантов конструкции исполь­зуют удельные показатели, представляющие собой отношение массы изделия к наиболее характерному для него параметру (мощности, вращающему моменту, производительности, грузоподъемности).

Общая трудоемкость — нормированная сумма затрат труда (в единицах времени) на изготовление деталей, сборочных единиц и машины в целом — в наибольшей степени определяет себестоимость проектируемого изделия.

Расчет себестоимости машины по стоимости единицы массы основан на принципе подобия. Однако чаще и более строго принцип подобия выдерживается не для машины в целом, а для отдельных агрегатов и деталей. В себестоимости современных машин большую часть состав­ляют комплектующие изделия. Экономический эффект унификации выражается в сокращении количества технической документации и технической оснастки.

Выбирая материал для деталей конструируемой машины наряду с другими соображениями следует учитывать трудности, вызываемые большой номенклатурой используемых материалов и по возможности сокращать ее, учитывая, что на себестоимость детали оказывает способ ее изготовления. Сравнительный анализ показывает, что детали простой формы из проката дороже деталей из ст.3 в 2–5 раз, литые и кованые — в 5–10 раз; обработка на строгальных и долбежных станках дороже токарной в 2–5 раз, а на револьверных и автоматических станках дешевле в 2–10 раз.

Таким образом, экономические аспекты в процессе конструирования проявляются при выборе материала, термообработки, упрочняющей технологии, способа изготовления.

Постоянное стремление к увеличению ресурса машин является важнейшей задачей создателей машин, наиболее эффективным результатом работы в деле повышения качества и экономической эффективности их труда.

Основным содержанием проектирования является материализация, «овеществление» научно-технических идей и знаний, использование их при создании нового технического объекта, обладающего наилучшими или заранее обусловленными параметрами, свойствами и технико-экономическими показателями. Качественно новый технический объект обязательно включает новое техническое решение, но не исчерпывается им. Создание нового объекта — это, прежде всего, результат органического синтеза нового технического решения и элементов прежних решений в целом.

^ Вопросы для самоконтроля
1 Назовите общие требования к машинам, сборочным единицам и деталям.

2 В чем суть понятия «экономическая эффективность»?

3 Какие решения обеспечивает технологичность конструкции?

4 Как влияет выбор материала и способ получения заготовки на экономичность машины?
^ 1.4 Причины выхода из строя и основные критерии

работоспособности машин
Надежность работы машины и ее долговечность связаны с обеспече­нием основных критериев работоспособности ее деталей и узлов.

Прочностьспособность детали, сборочной единицы или машины сопротивляться разрушению под влиянием внешних нагрузок.

Различают прочность объемную и поверхностную (контактную). При недостаточной объемной прочности деталь разрушается по всему сечению (поломка зуба шестерни, вала, разрыв стержня болта), при недостаточной контактной прочности происходит разрушение поверхности контакта (выкрашивание поверхности зуба шестерни, рабочей поверхности колец подшипников качения).

Различают разрушение под действием однократного нагружения и при действии переменных нагрузок, что свидетельствует о недостаточной статической, малоцикловой и усталостной прочности.

Оценка прочности обеспечивается проведением соответствующих расчетов по определению напряжений и сравнения их с допускаемыми (пределом прочности, текучести или выносливости).

Жесткостьспособность детали, сборочной единицы или машины сопротивляться изменению положения и формы под влиянием внешних нагрузок. Жесткость влияет на величину внутренних силовых факторов в статически неопределимых конструкциях, а контактная — на точность работы машины. Недостаточная жесткость приводит к неравномерному распределению нагрузок (по длине зубьев колес при изгибе и кручении валов) и к снижению долговечности отдельных узлов машины (подшип­ников качения при относительном перекосе их колец).

Оценка жесткости обеспечивается проведением расчетов по опреде­лению линейных и угловых деформаций при изгибе, угла закручивания при кручении, удлинения при растяжении и сравнения их с допускае­мыми.

Износостойкостьспособность контактирующих деталей при их относительном перемещении сопротивляться изменению формы и размеров рабочих поверхностей вследствие их изнашивания в процессе трения. Износ удорожает эксплуатацию машин, увеличивает простои в связи с ремонтом и регулировкой, снижает точность и КПД, повышает шум и может служить причиной их поломки.

В зависимости от характера происходящих процессов различаются следующие виды изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание является результатом механических процессов — срезание и пластическое деформирование микронеров­ностей (шероховатостей), повреждение поверхностей абразивными частицами, повреждение в результате усталостных трещин.

Абразивное изнашивание и пластическое деформирование в зоне сопряжения деталей предотвращается по возможности: точным опреде­лением действующих нагрузок; учетом свойств материала, влияния погрешностей и деформаций на распределение давлений в зоне контакта.

Усталостное изнашивание (выкрашивание) проявляется в отслаива­нии отдельных частиц металла с увеличением числа циклов нагружений и проявляется в наибольшей мере на отстающей поверхности (ножка зуба в зубчатой передаче, дорожка качения внутреннего кольца подшипника качения) и представляет значительную опасность при поверхностном упрочнении (азотирование, цементация и др.), поскольку в результате развития трещин под упрочненным слоем с поверхности трения отделяются крупные частицы металла. Для предотвращения усталостного выкрашивания проводится расчет с целью оценки величины контактных напряжений (оценка контактной прочности).

Молекулярно-механическое изнашивание проявляется при разруше­нии защитных пленок на контактирующих поверхностях, что вызывает действие сил молекулярного сцепления в зоне контакта их микронеров­ностей (явление схватывания), следствием чего является процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения — заедание. С увеличением контактных напряжений, скорости скольжения и температуры в зоне контакта возможно проявление большого числа локально расположенных очагов схватывания с интенсивным переносом материала с более мягкой поверхности на более твердую. Опасной формой заедания является задир — повреждение зоны контакта при высокой твердости контактирующих поверхностей в виде борозд глубиной до 100–200 мкм в направлении вектора скорости относитель­ного движения. Уменьшение схватывания имеет место для поверхностей трения при большой разнице их твердости (стальной червяк и бронзовый венец червячного колеса, стальная шейка вала и бронзовые или латунные втулки в подшипниках скольжения), а также при применении смазок с антизадирными присадками.

Одним из критериев оценки возможности проявления заедания является температура в зоне контакта, сравниваемая с допускаемой.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при наличии в зоне контакта трения с поверхностно-активными присадками в условиях высоких местных давлений и относительно высоких локальных темпе­ратур. Одним из видов такого изнашивания является окислительное — разрушение непрерывно возобновляющихся окисных пленок на поверх­ности металла (узлы пищевого, нефтехимического оборудования).

Корозионно-механическое изнашивание, возникающее вследствие малых колебательных относительных перемещений сопряженных поверхностей, обусловленных деформациями и зазорами (люфтами), называется фреттинг-коррозией. Этот вид изнашивания, нарушающий прочность соединения, характерен для заклепочных, шпоночных и шлицевых соединений, соединений с натягом, зубчатых муфт, рессор.

Виброустойчивостьспособность конструкции работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых амплитуд колебаний.

Повышение амплитуд колебаний под действием возмущающей силы может вызвать на частотах, близких к резонансным, напряжения, превышающие предел прочности (выносливости) для деталей и их поломку. Более того, расходуемая на колебания энергия снижает передаваемую мощность и КПД конструкции. Вибрация деталей передач (зубчатых колес, валов, подшипниковых узлов) является причиной снижения точности машины и появления шума.

При эксплуатации агрегатов машин, их узлов и деталей наиболее возможными являются вынужденные колебания и автоколебания. Вынужденные колебания вызываются внешними периодическими возму­щениями из-за неуравновешенности вращающихся деталей, погрешнос­тей изготовления и т. д. При расчетах на виброустойчивость для преду­преждения возникновения резонанса должно быть установлено соотно­шение между частотами собственных колебаний и возмущающей силы.

Автоколебания, являющиеся самовозбуждающимися, возникают при равенстве энергий демпфирования и возбуждения, что является, например, причиной фрикционных автоколебаний. При опасности возникновения автоколебаний производится расчет динамической устойчивости.

Теплостойкость — это способность машины, ее деталей и узлов работать при заданных тепловых режимах без снижения защитной способности масляного слоя и изменения свойств трущихся поверхнос­тей, без чрезмерного изменения зазоров в подвижных соединениях, без снижения прочностных характеристик материалов и повышенных остаточных деформаций, приводящих к понижению точности машины.

Расчетам на прочность при повышенных температурах и расчетах температурных деформаций должны предшествовать собственно тепловые расчеты — определение температур и сравнение их с допускаемыми. Средние установившиеся температуры определяются по уравнению баланса: тепловыделение за единицу времени приравнивается теплоотдаче.

При проектировании машин и их эксплуатации важную роль играет категория триботехники.

Триботехника — наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, освещающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазывания. Ряд терминов, относящихся к триботехнике, стандартизован. Приведем в сокращенном виде некоторые из них.

Изнашиваниепроцесс разрушения и отделения материала с поверх­ности твердого тела, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износостойкостьсвойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения.

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Смазкадействие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсив­ность изнашивания.

Смазываниеподведение смазочного материала к поверхности трения.

Трение покоятрение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движениятрение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение без смазочного материалатрение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение скольжениятрение движения двух соприкасающихся твердых тел, при котором их скорости в точках касания различны по значению и направлению.

Трение качениятрение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по значению и направлению.

Сила трения — сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

Скорость скольженияразность скоростей тел в точках касания при скольжении.

Коэффициент трения — отношение силы трения двух тел к нормаль­ной силе, прижимающей эти тела одно к другому.

Коэффициент сцепленияотношение неполной силы трения покоя двух тел к нормальной составляющей поверхностей трения силе, прижимающей тела одно к другому.

С трением связана одна из самых острых проблем современности — изнашивание машин и механизмов. Расходы на восстановление машин огромны, причем ежегодно они увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Большинство машин (85–90%) выходит из строя из-за изнашивания деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость для автомобилей в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз.

Создание узлов с минимальными потерями на трение равносильно высвобождению огромных ресурсов рабочей силы и различных материальных затрат, в том числе ремонтных предприятий, которые сейчас в среднем по машиностроению составляют не менее 60–80% основного производства.

На базе науки о трении и изнашивании (триботехники) в настоящее время решаются прикладные инженерные (триботехнические) задачи в области трения, формообразования деталей, обработки материалов разрушающими и деформирующими способами, возможности дости­жения требуемых свойств поверхностей трения, узлов и деталей за счет упрочняющих воздействий и нанесения специальных покрытий и т. п.

Для обеспечения малой силы трения и минимального изнашивания необходимо обеспечивать положительный градиент механических свойств, при котором прочность возникающих молекулярных связей на поверхности меньше прочности низлежащих слоев. Это условие соблюдается при введении жидкого или пластичного смазочного материала, так как прочность при сдвиге смазочного материала значительно ниже, чем металла, на который он нанесен. В паре трения такой градиент может быть достигнут нанесением пленки (металличес­кой, неметаллической), применением самосмазывающегося монолит­ного материала, который в процессе трения также обеспечивает положительный градиент механических свойств за счет активного наполнителя или путем введения смазочного материала в зону трения.
^ Вопросы для самоконтроля
1 Дайте определение основным критериям надежности машин.

2 Какие виды изнашивания деталей машин существуют и как их предотвратить?

  1. В каких случаях категория «виброустойчивость» имеет особо важное значение?

  2. Раскройте понятие «триботехника».

  3. Какими способами решаются проблемы триботехнических задач в
    совершенном машиностроении?



^ 1.5 Механический электропривод

1.5.1 Общие сведения
Большинство современных технологических машин как в сельскохозяйственной промышленности, так и в других отраслях проектируют и создают по схеме: энергетическая машина, передаточный механизм, исполнитель­ный орган машины, система управления (рис. 1.1)

У
стройство, состоящее из двигателя, передаточных механизмов и си
стемы управления для приведения в движение машин и механизмов называется приводом.

Рисунок 1.1 — Принципиальная схема механического привода
Угловые скорости двигателя дв и исполнительного органа машины ном, как правило, не равны. Электротехническая промышленность для общемашиностроительного применения выпускает электродвигатели с синхронной частотой вращения пс = 3000 мин-1, пс = 1500 мин-1, пс = 1000 мин-1 и пс = 750 мин-1. Рабочие органы технологических машин функционируют при очень большом разнообразии угловых скоростей. Для решения этих противоречий применяют приводы. Ключевым звеном привода является передача.

Передачами в машинах называются устройства, служащие для передачи энергии механического движения на расстояние и преобразова­ния его параметров. Общее назначение передач совмещается с выпол­нением частных функций, к числу которых относятся: распределение энергии, понижение или повышение скорости, преобразование видов движения (например, вращательного в поступательное или наоборот), регулирование скорости, пуск, остановки и реверсирование. Наиболее широкое распространение в технике получило вращательное движение, так как оно может быть осуществлено наиболее простыми способами.

Передачи используются как для понижения (редукции), так и для повышения угловой скорости двигателя до заданной угловой скорости рабочего звена (органа) машины. В зубчатых передачах первые, называются редукторами, а вторые — мультипликаторами.

Необходимость применения передач, располагаемых между двигателем и исполнительным органом машины (по пути следования энергии), обусловлена следующими причинами: а) скорости движения исполни­тельных органов машины чаще всего отличны от скоростей стандартных двигателей; б) в процессе эксплуатации машины необходимо регулировать скорости исполнительного органа и соответственно вращающие моменты вероятнее всего в пределах, не осуществляемых непосредственно двигателем из-за неэкономичности или невозможности; в) характер и законы движения, обеспечиваемые двигателем, отличаются от предусмат­риваемых для исполнительного органа; г) одним двигателем необходимо привести в движение несколько исполнительных органов с различными скоростями; д) непосредственно из-за больших расстояний между двигателем и исполнительным органом или по соображениям безопас­ности, удобства обслуживания или габаритов машины.

По способу передачи движения от ведущего вала к ведомому различают передачи трением и зацеплением, непосредственного касания (фрикционные, зубчатые, червячные, глобоидные, гипоидные, волновые, винтовые) и с гибкой связью (ременные, зубчатоременные, цепные); по назначению — кинематические и силовые; по характеру изменения передаточного отношения — с постоянным и изменяющимся передаточным отношением (ступенчато и бесступенчато); по относи­тельному движению валов — обыкновенные и сателитные; по взаимному расположению валов в пространстве — между параллельными, пересе­кающимися, перекрещиваю-щимися и соосными осями валов. Выбор того или иного типа передачи обуславливается габаритами, массой и компоновочной схемой машины, режимом ее работы, частотой и направлением вращения ведущего и ведомого валов, пределами и условиями регулирования их скорости.

Правильный выбор типа привода, кинематической схемы, вида и материала трущихся пар, применение подшипников качения, совершен­ной системы смазывания — все это является чрезвычайно важным с точки зрения повышения КПД машины и механизма.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9



Скачать файл (5019.5 kb.)

Поиск по сайту:  

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