Машина есть устройство, создаваемое человеком для изучения и использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности и облегчения путем частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях.
Следовательно, машину характеризуют следующие признаки:
—преобразование энергии в механическую работу или преобразование механической работы в другой вид энергии;
—определенность движения всех ее частей при заданном движении одной части;
—искусственность происхождения в результате труда человека. Усвоив основные определения, классификацию машин и тенденции развития
отечественного машиностроения, следует особое внимание уделить изучению вопросов стандартизации и системы документации: конструкторской (ЕСКД), технологической (ЕСТД) и допусков (ЕСТП), их роли в общем процессе машино — и приборостроения, а также в процессе ремонта и обслуживания их.
Изучая вопросы критериев работоспособности и расчета деталей машин, следует уяснить, что эти расчеты имеют ряд особенностей. В частности, широко используются эмпирические зависимости и формулы, являющиеся результатом обобщения опыта проектирования и расчета деталей машин.
Проектирование требует всестороннего анализа поставленной задачи, учета ряда специфических факторов и условий работы деталей, узла, машины. Рационально спроектированная машина должна быть прочной, долговечной, возможно дешевой и экономичной в работе, должна быть безопасной при обслуживании. Окончательные размеры деталей машины определяются не только расчетами, но и требованиями стандартов, принятой технологией производства, условиями эксплуатации и техникой безопасности.
1.Что рассматривается в разделе курса "Детали машин"?
2.Какая разница между машиной и механизмом?
3.Какие детали называются деталями общего назначения?
4.Укажите современные тенденции в развитии машиностроения.
5.Каковы условия, определяющие рациональность конструкции машин и ее узлов?
6.Каково значение взаимозаменяемости и стандартизации в машиностроении ?
7.Что такое унификация деталей и сборочных единиц и каково ее значение в машиностроении?
8.Каковы основные критерии работоспособности и расчета деталей машин?
Студент должен:
иметь представление:
—о сварных соединениях;
—об основных видах: сварки;
—об основных типах сварки швов;
—о клеевых соединениях; знать:
—достоинства, недостатки, область применения сварных соединений;
—классификацию сварных соединений;
—достоинства, недостатки, область применения клеевых соединений; уметь:
—выполнять проверочные расчеты сварных соединений встык и внахлестку;
—выбирать по справочникам допускаемые напряжения.
Сварные соединения: достоинства, недостатки, область применения. Основные типы сварных швов. Краткие сведения о расчете сварных соединений при осевом нагружении. Клеевые соединения: достоинства и недостатки, область применения.
Литература 4, с. 44...64; 5, с, 355...364
При изучении неразъемных соединений, среди которых наибольшее распространение получили сварные, необходимо восстановить в памяти физическую суть сварки и ее разновидности.
Сварка — процесс соединения металлических частей путем применения местного нагрева с доведением свариваемых участков до тестообразного пластического или жидкого состояния. В первом случае соединение свариваемых частей достигается при их сдавливании.
Ознакомиться с типами сварных швов и способами подготовки кромок соединяемых деталей в зависимости от их толщины. Уяснить достоинства и недостатки сварных соединений и их преимущества по сравнению с заклепочными. Повторить методику расчетов на смятие и срез, ознакомиться с выбором допускаемых напряжений и методикой практических расчетов основных типов сварных соединений.
Одним из современных видов неразъемных соединений является соединение с помощью клея элементов из металла, металла и неметаллического материала (текстолита, пенопласта и др.), неметаллических материалов между собой. Что касается клеевых соединений, то следует иметь в виду, что этот вид соединений применяется весьма широко: от соединения простых небольших изделий до весьма внушительных по своим размерам.
1.Выполните эскизы характерных типов сварных швов.
2.Какие способы подготовки стыков под сварку вы знаете?
3.Как расчитывают стыковые сварные швы, нагруженные осевой силой?
4.Какие факторы учитывают при выборе допускаемых напряжений для сварных швов?
5.Как расчитывают угловые, лобовые и комбинированные сварные швы при нагружении их осевой силой?
6.Каковы преимущества сварных соединений по сравнению с клеевыми?
Студент должен:
иметь представление:
—о винтовой линия, винтовой поверхности;
—об основных типах резьб;
—об области применения резьбовых соединений;
—об устройстве болтового, шпилечного и винтового соединений; знать :
—параметры резьбы;
—классификацию резьб;
—классификацию резьбовых соединений;
—стандартные крепежные детали;
—способы стопорения резьбовых соединений;
—материалы для крепежных деталей; уметь:
—выполнять расчет одиночного болта (винта, шпильки) при постоянной нагрузке в случаях:
а)на стержень винта действует только внешняя растягивающая нагрузка;
б)болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует;
в)болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке;
—выбирать по классу прочности допускаемые напряжения для стандартных крепежных деталей.
Винтовая линия, винтовая поверхность и ее образование. Основные типы резьб, их стандартизация, сравнительная характеристика и область применения. Конструктивные формы резьбовых соединений. Стандартные крепежные изделия. Способы стопорения резьбовых соединений. Основы расчета резьбовых соединений при постоянной нагрузке. Материалы и допускаемые напряжения.
Литература 4, с. 65...93; 5, с. 365...384
Одним из наиболее распространенных видов разъемных соединений, применяемых во всех областях машиностроения, являются резьбовые соединения.
Резьбовые соединения осуществляются с помощью болтов, винтов, шпилек, стяжек, резьбовых муфт и т. п. Основным элементом резьбового соединения является винтовая пара.
Винтовая пара образуется соединением винта и гайки, которые соприкасаются друг с другом по винтовым поверхностям.
При изучении их нужно внимательно рассмотреть типы и назначение резьб и крепежных деталей, средства стопорения (гаечные замки). Изучая резьбовые соединения, необходимо уяснить, что в большинстве случаев расчет болтов (винтов) сводится к расчету на растяжение с учетом соответствующих поправочных коэффициентов.
1.Как классифицируются резьбы по геометрической форме и по назначению?
2.Почему для болтов (винтов, шпилек) применяют треугольную резьбу?
3.Когда применяются мелкие резьбы?
4.Как различают болты и винты по форме головок?
5.В каких случаях предпочтительно применять шпильки вместо болтов?
6.Какие устройства называют гаечными замками?
7.Как расчитывают предварительно затянутый болт, дополнительно нагруженный осевой растягивающей силой?
8.Как расчитывают болты, установленные в отверстие с зазором и без зазора при нагружении их поперечной силой?
Студент должен:
иметь представление:
—о принципе работы механических передач;
—о назначении передач в машинах; знать:
—классификацию механических передач;
—основные силовые и кинематические соотношения для механических передач;
уметь:
—определять момент на ведущем валу через момент на ведомом валу для многоступенчатой передачи;
—определять угловую скорость ведущего вала через угловую скорость ведомого вала для многоступенчатой ередачи;
—выбирать типоразмеры электродвигателя по каталогу;
—производить разбивку передаточного отношения по ступеням передачи.
Вращательное движение и его роль в машинах и механизмах. Назначение передач в машинах. Принцип работы и классификация передач. Основные кинематические и силовые соотношения для механических передач.
Литература 4, с. 104...109; 5, с. 399...401
Вращательное движение наиболее распространено в технике. Поэтому для передачи от машин—двигателей к исполнительным механизмам применяются механические передачи, главным образом вращательного движения.
Это объясняется существенным преимуществом вращательного движения по сравнению с движением возвратно — поступательным. В последнем случае имеют место потери времени на холостые ходы (вперед — рабочий ход, назад — холостой), а также большие динамические нагрузки, связанные с изменениями направления движения, что ограничивает увеличение рабочих скоростей машин.
По условиям выполняемой работы скорость движения отдельных частей машины должна быть различной, поэтому передаточные механизмы должны осуществлять передачу движения с определенным, заранее заданным соотношением скоростей.
Механические передачи классифицируются по принципу действия (передачи трением и зацеплением) и взаимному расположению звеньев (передачи непосредственного контакта и передачи гибкой связью). Независимо от типа передачи общим для всех является наличие ведущих и ведомых звеньев, единство кинематических и силовых соотношений. Следует уяснить основные параметры, характеризующие любую передачу, передаточное отношение i и тип передачи в зависимости от его величины (если i > 1, то передача понижающая, если i< 1, то передача повышающая); мощности и вращающие моменты, а также их соотношения на ведущем и ведомом звеньях.
1.Чем вызвана необходимость механических передач?
2.По каким признакам классифицируются механические передачи?
3.Какими основными параметрами характеризуются передачи?
4.Напишите формулу кинематических и силовых соотношений в передачах.
5.Что называется передаточным отношением?
Студент должен:
иметь представление:
—о принципе работы фрикционной передачи;
—о назначении фрикционной передачи;
—о достоинствах, недостатках фрикционных передач;
—об области применения;
—о вариаторах знать:
—классификацию фрикционных передач;
—основные геометрические и кинематические соотношения;
—усилия в передаче;
—материалы катков;
—основы расчета передачи па контактную прочность и износостойкость.
Фрикционные передачи, их назначение и классификация. Достоинства, недостатки и область применения фрикционных передач. Цилиндрическая передача гладкими катками. Основные геометрические и кинематические соотношения. Усилия в передаче. Основные сведения о расчете передачи на контактную прочность и износостойкость.
Литература 4, с. 110... 116; 5, с. 402...414
Фрикционная передача основана на использовании силы трения, возникающей в месте контакта фрикционных катков в результате прижатия их друг к другу и приложения к ведущему катку момента.
фрикционные передачи могут осуществляться с постоянным или переменным передаточным числом. Фрикционные передачи, обеспечивающие бесступенчатое изменение угловой скорости ведомого вала, называют вариаторами. Широкое распространение получили фрикционные вариаторы, применяемые в станках, кузнечно — прессовом оборудовании и т. п.
Необходимо знать достоинства, недостатки и область применения фрикционных передач, применение которых ограничивается главным образом в механизмах небольшой мощности, так как при значительных мощностях соответственно возрастают силы взаимного нажатия катков, увеличиваются размеры валов и подшипников, передача получается громоздкой и невыгодной и поэтому фрикционные передачи применяются преимущественно для передач ограниченных мощностей
(Р < 10 кВт).
Определение основных размеров цилиндрических фрикционных передач производится по межосевому расстоянию: из условия контактной усталости — для металлических катков и из расчета по удельной нагрузке — для неметаллических катков.
1.В каких случаях целесообразно применять фрикционные передачи?
2.Перечислите основные виды фрикционных передач.
3.Какими достоинствами и недостатками обладают фрикционные передачи?
4.Какие материалы применяются для изготовления рабочих поверхностей фрикционных катков?
5.Как расчитывают на прочность цилиндрическую фрикционную передачу с металлическими катками?
6.Какие устройства называются вариаторами? Приведите известные вам схемы фрикционных вариаторов.
Студент должен:
иметь представление:
—о принципе работы зубчатой передачи;
—о назначении зубчатой передачи;
—о достоинствах, недостатках зубчатых передач;
—об области применения; знать:
—классификацию зубчатых передач;
—основную теорему зацепления;
—основные параметры эвольвентной зубчатой передачи;
—материалы зубчатых колес;
—способы изготовления зубчатых колес;
—виды разрушения зубьев;
—основные геометрические соотношения прямозубой цилиндрической передачи;
—силы, действующие в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи;
—основные геометрические соотношения косозубой и шевронной передач;
—силы, действующие в зацеплении косозубой цилиндрической передачи;
—силы, действующие в зацеплении шевронной цилиндрической передачи;
—основные геометрические соотношения конической прямозубой передачи;
—силы, действующие в зацеплении конической прямозубой передачи;
—сравнительную характеристику прямозубых, косозубых, и шевронных цилиндрических передач;
1.Почему в случае одновременного действия изгиба и кручения оценку прочности производят, применяя гипотезы прочности?
2.Приведите примеры деталей, работающих на изгиб с кручением.
3.Какие точки поперечного сечения являются опасными, если брус круглого поперечного сечения работает на изгиб с кручением?
Студент должен:
иметь представление:
—об усталости материалов;
—о кривой усталости и пределе выносливости; знать:
—характер усталости разрушений;
—факторы, влияющие на сопротивление усталости;
—основы расчета на прочность при переменном напряжении; уметь:
—выполнять расчеты на усталость для случаев одноосного и упрощенного плоского напряженного состояния.
Циклы напряжений, усталостное разрушение, его причины и характер. Кривая усталости, предел выносливости. Факторы, влияющие на величину предела выносливости. Коэффициент запаса.
Литература 4, с. 11... 19; 2, с. 285...302
Элементы конструкций и машин часто работают при периодически меняющихся (по величине и даже по знаку) напряжениях. В подобных условиях находятся, например, оси вагонов, рельсы, рессоры, поршневые штоки, валы и многие другие детали машин. При переменных напряжениях, как показывают практика и специальные исследования, прочность конструкций ниже, чем при статических напряжениях.
Снижение прочности материала при действии на него многократно меняющихся нагрузок носит название усталости материала.
Исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает микротрещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края ее то сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает мгновенное хрупкое разрушение.
Трещины усталости в изделии, как правило, имен т местный характер и не затрагивают материала конструкции в целом. Тем не менее, во многих случаях развитие трещин усталости — очень опасное явление, которое может привести к серьезной катастрофе. Так, трещины усталости могут вызвать излом оси железнодорожного вагона и быть причиной железнодорожной катастрофы. Поэтому необходимо разработать такие методы расчета, которые обеспечивали бы безопасную работу при переменных напряжениях. Особенно это важно в машиностроении.
Здесь следует обратить внимание на то, что обычно расчеты на усталость проводятся не как проектные (определение размеров сечения детали), а как проверочные. Объясняется это тем, что допускаемое напряжение не может быть установлено заранее достаточно точно, так как зависит не только от материала детали, но и от ряда ее конструктивных особенностей (размеров, качества обработки поверхности, наличия концентратов напряжений).
1.Как называется механическая характеристика материала, определяющая его сопротивление переменным напряжениям?
2.Какой цикл изменения напряжений с точки зрения прочности более опасен: симметричный или от нулевой?
3.Что такое концентрация напряжений?
4.Какие факторы влияют на снижение предела выносливости?
5.Как определяется коэффициент запаса прочности вала, работающего на изгиб с кручением при переменных напряжениях?