Основы конструирования машин и механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Детали системы болта, в которых под действием нагрузки абсолютная деформация возрастает (болт, прокладки 1,2);

2. Детали системы корпуса, в которых абсолютная деформация уменьшается (3,4,5).

При этом

В таких соединениях наборы упругих прокладок (шайб, тарельчатых пружин) существенно увеличивают податливость системы болта, а следовательно, уменьшают нагрузку на болт.

В расчёте болтов сначала находят силу, приходящуюся на один болт. Затем всё многообразие компоновок резьбовых соединений может быть сведено к трём простейшим расчётным схемам.

А. Болт вставлен в отверстия с зазором.

Соединение нагружено продольной силой Q. Болт растянут.

Условие прочности на растяжение запишется в виде:

Напряжения растяжения в резьбе

Из условия прочности на растяжение находим внутренний диаметр резьбы болта

Найденный внутренний диаметр резьбы округляют до ближайшего большего по ГОСТ 9150-59. Там же указан конкретный типоразмер-номер (наружный диаметр резьбы) болта.

Б. Болт вставлен в отверстия без зазора.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Соединение нагружено поперечной силой Р.

При этом болт работает на срез. Внутренний диаметр резьбы рассчитывается аналогично случаю с растяжением:

Порядок назначения номера болта также аналогичен предыдущему случаю.

В. Болт вставлен с зазором.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Соединение нагружено поперечной силой F.

Сила затяжки болта V должна дать такую силу трения между деталями, которая была бы больше поперечной сдвигающей силы F.

Болт работает на растяжение, а от момента затяжки испытывает ещё и кручение, которое учитывается повышением нормальных напряжений на 30% (в 1,3 раза).

Тогда

По опыту многочисленных расчётов принимают величину требуемой растягивающей силы V в зависимости от сдвигающей поперечной силы F

V = 1,2 F/ f.

Тогда внутренний диаметр резьбы болта

где f - коэффициент трения.

Во всех случаях в расчёте находится внутренний диаметр резьбы, а обозначается резьба по наружному диаметру. Распространённая ошибка состоит в том, что рассчитав, например, внутренний диаметр резьбы болта 8мм, назначают болт М8, в то время как следует назначить болт М10, имеющий наружный диаметр резьбы 10мм, а внутренний 8мм.

Концентрация напряжений во впадинах витков резьбы учитывается занижением допускаемых напряжений резьбы на 40% по сравнению с соответствующими допускаемыми напряжениями материала.

8.2.2 Штифтовые соединения

Образуются совместным сверлением соединяемых деталей и установкой в отверстие с натягом специальных цилиндрических или конических штифтов.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Соединения предназначены для точного взаимного фиксирования деталей, а также для передачи небольших нагрузок.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкции штифтов многообразны. Известны цилиндрические (а,б), конические (в,г,д), цилиндрические пружинные разрезные (е), просечённые цилиндрические, конические и др. (ж,з,и,к), простые, забиваемые в отверстия (б,в), выбиваемые из сквозных отверстий с другой стороны (гладкие, с насечками и канавками, пружинные, вальцованные из ленты, снабжённые резьбой для закрепления или извлечения (д) и т.д. Применяются специальные срезаемые штифты, служащие предохранителями.

Гладкие штифты выполняют из стали 45 и А12, штифты с канавками и пружинные - из пружинной стали.

При закреплении колёс на валу штифты передают как вращающий момент, так и осевое усилие.

Достоинства штифтовых соединений:

+ простота конструкции;

+ простота монтажа-демонтажа;

+ точное центрирование деталей благодаря посадке с натягом;

+ работа в роли предохранителя, особенно при креплении колёс к валу.

Недостатком штифтовых соединений является ослабление соединяемых деталей отверстием.

Подобно заклёпкам штифты работают на срез и смятие. Соответствующие расчёты выполняют обычно как проверочные

Штифты с канавками рассчитывают также, как гладкие, но допускаемые напряжения материала занижают на 50%.

8.2.3 Шпоночные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передают вращающий момент между валом и колесом. Образуются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и колеса.

Шпонка имеет вид призмы, клина или сегмента, реже применяются шпонки других форм.

Шпоночные соединения:

+ просты, надёжны;

+ удобны в сборке-разборке;

+ дёшевы.

Шпонки, однако:

` ослабляют сечение валов и ступиц колёс;

` концентрируют напряжения в углах пазов;

` нарушают центрирование колеса на валу (для этого приходится применять две противоположные шпонки).

Шпоночные соединения могут быть:

и ненапряжёнными, выполняемыми призматическими или сегментными шпонками. Они передают момент только боковыми гранями;

и напряжёнными, выполняемыми клиновыми шпонками. Они передают момент за счёт сил трения по верхним и нижним граням.

Шпонки всех основных типов стандартизованы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для призматических шпонок стандарт указывает ширину и высоту сечения. Глубина шпоночного паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпонки.

Призматические и сегментные шпонки всех форм испытывают смятие боковых поверхностей и срез по средней продольной плоскости:

; ,

здесь h - высота сечения шпонки, d - диаметр вала, b - ширина сечения шпонки, l - рабочая длина шпонки (участок, передающий момент).

Исходя из статистики поломок, расчёт на смятие проводится как проектный. По известному диаметру вала задаются стандартным сечением призматической шпонки и рассчитывают её рабочую длину.

Расчёт на срез - проверочный. При невыполнении условий прочности увеличивают рабочую длину шпонки.

8.2.4 Шлицевые соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Образуются выступами на валу, входящими в сопряжённые пазы ступицы колеса. Как по внешнему виду, так и по динамическим условиям работы шлицы можно считать многошпоночными соединениями. Некоторые авторы называют их зубчатыми соединениями.

В основном используются прямобочные шлицы (а), реже встречаются эвольвентные (б) ГОСТ 6033-57 и треугольные (в) профили шлицов.

Прямобочные шлицы могут центрировать колесо по боковым поверхностям (а), по наружным поверхностям (б), по внутренним поверхностям (в).

В сравнении со шпонками шлицы:

+ имеют большую несущую способность;

+ лучше центрируют колесо на валу;



Размещено на http://www.allbest.ru/

Основными критериями работоспособности шлицов являются:

и сопротивление боковых поверхностей смятию (расчёт аналогичен шпонкам);

и сопротивление износу при фреттинг-коррозии (малые взаимные вибрационные перемещения).

Смятие и износ связаны с одним параметром - контактным напряжением (давлением) ?_см. Это позволяет рассчитывать шлицы по обобщённому критерию одновременно на смятие и контактный износ. Допускаемые напряжения [?]_см назначают на основе опыта эксплуатации подобных конструкций.

Для расчёта учитывается неравномерность распределения нагрузки по зубьям ,

где Z - число шлицов, h - рабочая высота шлицов, l - рабочая длина шлицов, d_ср - средний диаметр шлицевого соединения. Для эвольвентных шлицов рабочая высота принимается равной модулю профиля, за d_ср принимают делительный диаметр.

Условные обозначения прямобочного шлицевого соединения составляют из обозначения поверхности центрирования D, d или b, числа зубьев Z, номинальных размеров d x D (а также обозначения полей допусков по центрирующему диаметру и по боковым сторонам зубьев). Например, D 8 x 36 H7/g6 x 40 означает восьмишлицевое соединение с центрированием по наружному диаметру с размерами d = 36 и D = 40 мм и посадкой по центрирующему диаметру H7/g6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

В чём различие между разъёмными и неразъёмными соединениями ?

Где и когда применяются сварные соединения ?

Каковы достоинства и недостатки сварных соединений ?

Каковы основные группы сварных соединений ?

Как различаются основные типы сварных швов ?

Каковы достоинства и недостатки заклёпочных соединений ?

Где и когда применяются заклёпочные соединения ?

Каковы критерии прочностного расчёта заклёпок ?

В чём состоит принцип конструкции резьбовых соединений ?

Каковы области применения основных типов резьб ?

Каковы достоинства и недостатки резьбовых соединений ?

Для чего необходимо стопорение резьбовых соединений ?

Какие конструкции применяются для стопорения резьбовых соединений ?

Как распределяется нагрузка по виткам при затяжке резьбы ?

Как учитывается податливость деталей при расчёте резьбового соединения ?

Какой диаметр резьбы находят из прочностного расчёта ?

Какой диаметр резьбы служит для обозначения резьбы ?

Какова конструкция и основное назначение штифтовых соединений ?

Каковы виды нагружения и критерии расчёта штифтов ?

Какова конструкция и основное назначение шпоночых соединений ?

Каковы виды нагружения и критерии расчёта шпонок ?

Какова конструкция и основное назначение шлицевых соединений ?

Каковы виды нагружения и критерии расчёта шлицов ?

9. УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МАШИНАХ

В каждой машине есть специфические детали, принципиально отличающиеся от всех остальных. Их называют упругими элементами. Упругие элементы имеют разнообразные, весьма непохожие друг на друга конструкции. Поэтому можно дать общее определение.

Упругие элементы - детали, жёсткость которых намного меньше, чем у остальных, а деформации выше.

Благодаря этому своему свойству упругие элементы первыми воспринимают удары, вибрации, деформации.

Чаще всего упругие элементы легко обнаружить при осмотре машины, как, например, резиновые покрышки колёс, пружины и рессоры, мягкие кресла водителей и машинистов.

Иногда упругий элемент скрыт под видом другой детали, например, тонкого торсионного вала, шпильки с длинной тонкой шейкой, тонкостенного стержня, прокладки, оболочки и т.п. Однако и здесь опытный конструктор сможет распознать и применять такой "замаскированный" упругий элемент именно по сравнительно малой жёсткости.

На железной дороге из-за тяжести транспорта деформации деталей пути достаточно велики. Здесь упругими элементами, наряду с рессорами подвижного состава, фактически становятся рельсы, шпалы (особенно деревянные, а не бетонные) и грунт путевой насыпи.

Упругие элементы находят широчайшее применение:

и для амортизации (снижение ускорений и сил инерции при ударах и вибрации за счёт значительно большего времени деформации упругого элемента по сравнению с жёсткими деталями);

и для создания постоянных сил (например, упругие и разрезные шайбы под гайкой создают постоянную силу трения в витках резьбы, что препятствует самоотвинчиванию);

и для силового замыкания механизмов (чтобы исключить нежелательные зазоры);

и для аккумуляции (накопления) механической энергии (часовые пружины, пружина оружейного бойка, дуга лука, резина рогатки, согнутая вблизи студенческого лба линейка и т.д.);

и для измерения сил (пружинные весы основаны на связи веса и деформации измерительной пружины по закону Гука).

Обычно упругие элементы выполняются в виде пружин различных конструкций.

Основное распространение в машинах имеют упругие пружины сжатия и растяжения. В этих пружинах витки подвержены кручению. Цилиндрическая форма пружин удобна для размещения их в машинах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основной характеристикой пружины, как и всякого упругого элемента, является жёсткость или обратная ей податливость. Жёсткость K определяется зависимостью упругой силы F от деформации x. Если эту зависимость можно считать линейной, как в законе Гука, то жёсткость находят делением силы на деформацию K = F / x.

Если зависимость нелинейна, как это и бывает в реальных конструкциях, жёсткость находят, как производную от силы по деформации K=?F/?x.

Очевидно, что здесь нужно знать вид функции F=f(x).

Для больших нагрузок при необходимости рассеяния энергии вибрации и ударов применяют пакеты упругих элементов (пружин).

Идея состоит в том, что при деформации составных или слоистых пружин (рессор) энергия рассеивается за счёт взаимного трения элементов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пластинчатые пакетные рессоры успешно применялись с первых шагов транспортного машиностроения - ещё в подвеске карет, применялись они и на электровозах, и электропоездах первых выпусков, где были из-за нестабильности сил трения позже заменены витыми пружинами с параллельными демпферами, их можно встретить в некоторых моделях автомобилей и строительно-дорожных машин.

Пластинчатые рессоры обладают большим демпфированием (способностью рассеивать вибрацию).

Пакет тарельчатых пружин используется для амортизации ударов и вибрации в межтележечной упругой муфте электровозов ЧС4 и ЧС4^Т.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В развитие этой идеи по инициативе сотрудников нашей академии на Куйбышевской Дороге применяются тарельчатые пружины (шайбы) в болтовых соединениях накладок рельсовых стыков. Пружины подкладываются под гайки перед затяжкой и обеспечивают высокие постоянные силы трения в соединении, к тому же разгружая болты.

Материалы для упругих элементов должны иметь высокие упругие свойства, а главное, не терять их со временем.

Основные материалы для пружин - высокоуглеродистые стали 65,70, марганцовистые стали 65Г, кремнистые стали 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и т.п. Все эти материалы имеют более высокие механические свойства по сравнению с обычными конструкционными сталями.

В 1967 году в Самарском Аэрокосмическом университете был изобретён и запатентован материал, названный металлорезиной "МР". Материал изготавливается из скомканной, спутанной металлической проволоки, которая затем прессуется в необходимые формы.

Колоссальное достоинство металлорезины в том, что она великолепно сочетает прочность металла с упругостью резины и, кроме того, за счёт значительного межпроволочного трения рассеивает (демпфирует) энергию колебаний, являясь высокоэффективным средством виброзащиты.

Густоту спутанной проволоки и силу прессования можно регулировать, получая заданные значения жёсткости и демпфирования металлорезины в очень широком диапазоне.

Металлорезина, несомненно, имеет перспективное будущее в качестве материала для изготовления упругих элементов.

Упругие элементы требуют весьма точных расчётов. В частности, их обязательно рассчитывают на жёсткость, поскольку это главная характеристика.

Однако конструкции упругих элементов столь разнообразны, а расчётные методики столь сложны, что привести их в какой-либо обобщённой формуле невозможно. Тем более в рамках нашего курса, который на этом закончен.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

По какому признаку в конструкции машины можно найти упругие элементы

Для каких задач применяются упругие элементы ?

Какая характеристика упругого элемента считается главной ?

Из каких материалов следует изготавливать упругие элементы ?

Каким образом на Куйбышевской дороге применяются тарельчатые шайбы-пружины ?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За полтора века преподавания курса "Детали машин" лучшие учёные, преподаватели и инженеры написали множество прекрасных учебников [9,10,11,14,16,18,22,23,32].

Чтобы не потеряться в океане учебной и научной информации студенту необходим хотя бы простенький компас, которым, надеюсь, послужит предлагаемый конспект лекций. Именно для этого он и создавался.

Учитывая же скромный объём, конспект является, образно говоря, путеводителем по незнакомой стране, и не может заменить само путешествие.

Для получения глубоких, прочных знаний (и, как результат, положительной оценки на экзамене), кроме чтения этого конспекта необходимо скрупулёзное изучение учебников, хранящихся в достаточном объёме в библиотеке нашей академии.

Ниже приводится список рекомендованной литературы, непосредственно использованной при составлении конспекта, однако этим не исчерпываются все возможности.

На тему проектирования и расчёта деталей машин написано множество книг и ни в одной из них не содержится вредных сведений.

Не стоит пренебрегать учебниками и справочниками для учащихся техникумов и ПТУ. В них многие сложные вопросы изложены ясным и лаконичным языком.

Любая поисковая система найдёт в интернете десятки и сотни сайтов по ключевым словам "Детали", "Машины", "Прочность", "Расчёт", "Проектирование" и т.п.

Кроме того, студентам было бы вдвойне полезно чтение новейшей научной периодики, в том числе и на иностранных языках.

Самостоятельный поиск помогает студенту развить в себе важнейший и нужнейший навык - способность к добыванию и переработке информации.

Во всяком случае, в таком крупном университетском городе, как Самара студенты найдут любую литературу. Ищите и найдёте.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. - М.: Машиностроение, 1999.

2. Байзельман Р.Д. и др. Подшипники качения.- М.: Машиностроение, 1975.

3. Беляков В.М., Жарков М.С., Фёдоров В.В., Янковский В.В. Зубчатые передачи подвижного состава: Учебное пособие для студентов. Куйбышев.: КИИТ, 1990.

4. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения.- М.: Машиностроение, 1973.

5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёты на прочность деталей машин.- М.: Машиностроение, 1979.

6. Волков Д.П., Крайнев А.Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин.- М.: Машиностроение, 1984.

7. Валы и оси. Конструирование и расчёт/ Под ред. Серенсена. М.: Машиностроение, 1980.

8. Голованов Н.Ф. и др. Планетарные передачи.- М.: Машиностроение, 1980.

9. Гузенков П.Г. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1986.

10. Детали машин: Справочник/ Под ред. Ачеркана.Н.С. В 3-х тт.- М.: Машиностроение, 1968-1969.

11. Детали машин: Атлас конструкций/ Под ред. Решетова Д.Н. - М.: Машиностроение, 1988.

12. Детали машин в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ничипорчика С.Н.- Минск: Вышэйша Школа, 1981.

13. Динамика машин и управление машинами: Справочник/ Под ред. Крейнина Г.В.- М.: Машиностроение, 1988

14. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.- М.: Высшая школа, 2001.

15. Единая система конструкторской документации: Основные положения.-М.: Издательство стандартов, 1985.

16. Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1991.

17. Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи.- М.: Высшая школа, 1981.

18. Иосилевич Г.Б. Детали машин.-М.: Машиностроение,1988.

19. Кац Г.Б., Ковалёв А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин.- М.: Машиностроение, 1991.

20. Климов К.И. Антифрикционные пластичные смазки.- М.: Химия, 1988.

21. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь-справочник. М.: Машиностроение, 1992.

22. Куклин Н.Г, Куклина Г.С. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1984.

23. Кудрявцев В.Н. Детали машин.- М.-Л.: Высшая школа, 1980.

24. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ицковича Г.М.- М.: Высшая школа, 1970.

25. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей/ Под ред. Чернавского С.А.- М.: Машиностроение, 1988.

26. Машиностроение. Энциклопедия: Детали машин. Конструкционная прочность. Т. IV/ Под общ. ред. Решетова Д.Н.- М.: Машиностроение, 1995.

27. Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.- М.: Машиностроение, 1975.

28. Подшипники качения: Справочник-каталог / Под общ. ред. Косташевского Р.В.- М.: Машиностроение, 1984.

29. Проектирование механических передач: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под ред. Чернавского С.А.- М.: Машиностроение, 1984.

30. Проблемы надёжности и ресурса в машиностроении.- М.: Наука, 1988.

31. Расчёт и выбор подшипников качения: Справочник/ Под ред. Спицына Н.А.- М.: Машиностроение, 1974.

32. Решетов Д.Н. Детали машин.- М.: Машиностроение, 1989.

33. Решетов Д.Н. и др. Надёжность машин.- М.: Высшая школа, 1988.

34. Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам.- Л.: Политехника, 1991.

35. Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин/ Под ред. Ицковича Г.М.- М.: Машиностроение, 1975.

36. Серенсен С.В. и др. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность.- М.: Машиностроение, 1975.

37. Сомов Ю.С. Композиция в технике.- М.: Машиностроение, 1987.

38. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: Справочник.- М.: Машиностроение, 1983.

39. Толстоногов А.А. Янковский В.В., Жарков М.С. Проектирование планетарного редуктора: Методические указания для студентов.- Самара.: СамИИТ, 1993.

40. Толстоногов А.А., Жарков М.С., Янковский В.В. Проектирование волнового редуктора. Методические указания для студентов.- Самара: СамИИТ, 1995.

41. Трение, изнашивание, смазка: Справочник/ В.В. Алисин и др.- М.: Машиностроение, 1980.

42. Трухман В.М., Фёдоров В.В.. Янковский В.В. Расчёт закрытых цилиндрических передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.- Куйбышев: КИИТ, 1985.

43. Чернавский С.А. Подшипники скольжения.- М.: Машгиз, 1963.

44. Янковский В.В., Фёдоров В.В. Расчёт червячных передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.- Куйбышев: КИИТ, 1987.

45. Янковский В.В. Фёдоров В.В. и др. Расчёт конической зубчатой передачи: Методические указания для студентов. - Куйбышев: КИИТ, 1980.

Размещено на Allbest.ru

...