Файл: Учебный курс для студентов очной и заочной форм обучения.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 874
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Каримов И.Ш. Детали машин
Электронный учебный курс для студентов очной и заочной форм обучения
Составитель: к.т.н., доцент кафедры теоретической и прикладной механики Башкирского государственного аграрного университета Каримов Ильдар Шакирьянович
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Раздел 1. Введение. | 9 |
| Основные понятия и определения курса. | 10 |
| Механизмы и их классификация | 12 |
| Классификация деталей машин | 14 |
| Основные принципы и этапы разработки машин. | 15 |
| Требования к машинам и критерии их качества. | 19 |
| Силы, действующие в механизмах и машинах. | 22 |
| Условия нормальной работы деталей и машин. | 23 |
| Общие принципы прочностных расчётов. | 26 |
| Выносливость деталей машин при переменных напряжениях. | 38 |
| Усталость деталей машин. | 41 |
| Местные напряжения в деталях машин. | 43 |
| Режимы работы и расчетные нагрузки машин. | 48 |
| Определение коэффициента внешней динамики КА | 54 |
| Трение и изнашивание в машинах. | 60 |
| Мощность машин и ее преобразование. | 66 |
| Краткие сведения о машиностроительных материалах и основах их выбора. | 68 |
| Раздел 2. Сварные, паяные и клеевые соединения | 75 |
| Применение различных видов сварки. | 75 |
| Классификация и разновидности сварных соединений (швов) | 78 |
| Расчет сварных соединений. Выбор допускаемых напряжений. | 83 |
| Паяные соединения, преимущества и недостатки, область применения, расчет. | 90 |
| Клеевые соединения, преимущества и недостатки, область применения, расчет. | 93 |
| Раздел 3. Разъемные соединения | 104 |
| Резьбовые соединения. | 104 |
| Сравнение крепежных и силовых резьб. | 115 |
| Элементы крепежных соединений. | 117 |
| Силовые зависимости в резьбовом соединении. | 118 |
| Материал винтовых соединений. | 120 |
| Расчет винтовых соединений. | 121 |
| Резьбовые соединения, работающие при циклических нагрузках. | 131 |
| Допускаемые напряжения в болтах и винтах. | 132 |
| Передача "винт-гайка". | 133 |
| Штифтовые соединения. | 136 |
| Шпоночные соединения. | 137 |
| Шлицевые соединения. | 140 |
| Заклёпочные соединения. | 143 |
| Раздел 4. Введение в передачи. | 156 |
| Классификация механических передач. | 158 |
| Основные кинематические и силовые отношения в передачах. | 162 |
| Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения). | 166 |
| Раздел 5. Зубчатые передачи | 179 |
| Критерии расчёта эвольвентных зубьев. | 180 |
| Основные определения из теории зацепления шестерен. | 181 |
| Конструктивные типы шестерен. | 184 |
| Материал и термообработка шестерен. | 184 |
| Расчетные геометрические зависимости. | 185 |
| Силы, действующие в зацеплении шестерен. | 189 |
| Расчет зубьев цилиндрических прямозубых шестерен. | 191 |
| Особенности расчета косозубых цилиндрических шестерен. | 198 |
| Особенности расчета конических прямозубых шестерен. | 199 |
| Коррекция зубьев шестерен. | 200 |
| КПД зубчатых передач. | 201 |
| Планетарные зубчатые передачи. | 201 |
| Волновые зубчатые передачи. | 202 |
| Зацепления Новикова. | 204 |
| Конические зубчатые передачи. | 206 |
| Червячные передачи. | 207 |
| Геометрическая форма червяков. | 209 |
| Расчетные геометрические зависимости. | 209 |
| КПД червячной передачи. | 211 |
| Силы, действующие в зацеплении червячной передачи. | 212 |
| Тепловой расчет червячной передачи. | 213 |
| Раздел 6. Валы и оси | 216 |
| Назначение, конструкция и материалы валов и осей. | 216 |
| Классификация валов и осей. | 217 |
| Материалы валов и осей. | 221 |
| Критерии работоспособности и расчет валов и осей. | 222 |
| Расчет осей на статическую прочность. | 225 |
| Расчет валов на прочность. | 227 |
| Предварительный расчет валов. | 227 |
| Уточненный расчет валов. | 230 |
| Расчет валов и осей на жесткость. | 235 |
| Рекомендации по конструированию валов и осей. | 237 |
| Раздел 7. Подшипники | 249 |
| Подшипники скольжения. | 249 |
| Основы гидродинамической теории смазки. | 250 |
| Смазочные материалы. | 252 |
| Антифрикционные материалы. | 253 |
| Условный расчет подшипников скольжения. | 254 |
| Подшипники качения. | 255 |
| Точность изготовления и посадки подшипников качения. | 257 |
| Система обозначения подшипников качения. | 258 |
| Причины поломок и критерии расчёта подшипников. | 259 |
| Распределение нагрузки на теле качения подшипника. | 259 |
| Особенности кинематики подшипников качения. | 260 |
| Расчет (подбор) подшипников качения. | 261 |
| Расчёт номинальной долговечности подшипника. | 262 |
| Методика выбора подшипников качения. | 263 |
| Схемы установки подшипников. | 264 |
| Крепление подшипников на валу и в корпусе. | 265 |
| Жёсткость подшипников и их предварительный натяг. | 266 |
| Уплотняющие устройства. | 267 |
| Посадки подшипников на вал и в корпус. | 267 |
| Монтаж и демонтаж подшипников. | 269 |
| Смазка подшипников качения. | 269 |
| Раздел 8. Ременные передачи | 278 |
| Классификация. | 279 |
| Преимущества и недостатки. | 282 |
| Плоскоременная передача. Конструкция, геометрия передачи, кинематические соотношения, КПД. | 282 |
| Клиноременная передача. Конструкция, геометрия передачи. | 295 |
| Основы теории расчета ременных передач. Силы и напряжения в ремнях, кривые скольжения и допускаемые полезные напряжения. | 302 |
| Расчет плоскоременной передачи по тяговой силе. Долговечность передачи. | 315 |
| Расчет клиноременной передачи на тяговую способность и долговечность. | 321 |
| Устройства для натяжения ремня. | 329 |
| Передачи зубчатым ремнем. | 331 |
| Расчет передачи зубчатым ремнем. | 334 |
| Шкивы передач зубчатым ремнем. | 337 |
| Ременные вариаторы. | 342 |
| Рекомендации по конструированию. | 344 |
| Раздел 9. Фрикционные передачи. | 353 |
| Классификация. | 354 |
| Достоинства и недостатки. | 355 |
| Применение. | 355 |
| Материалы катков. | 356 |
| Геометрические параметры, кинематические и силовые соотношения. | 357 |
| Цилиндрическая фрикционная передача, устройство, основные соотношения, расчет на прочность. | 362 |
| Коническая фрикционная передача, устройство, основные соотношения. | 367 |
| Вариаторы. | 369 |
| Рекомендации по конструированию фрикционных передач. | 374 |
| Раздел 10. Цепные передачи | 379 |
| Классификация. | 381 |
| Достоинства и недостатки. | 383 |
| Область применения. | 386 |
| Конструкции приводных цепей. | 386 |
| Тяговые цепи. | 396 |
| Цепные вариаторы. | 397 |
| Основные геометрические и кинематические соотношения. | 398 |
| Силы в ветвях цепи. | 401 |
| Расчет (подбор) цепи с учетом долговечности. | 404 |
| Критерии работоспособности. | 408 |
| Материалы цепей. | 408 |
| Натяжение, картеры, смазывание. | 410 |
| Муфты приводов | 418 |
| Классификация муфт. | 419 |
| Жёсткие муфты. | 423 |
| Компенсирующие муфты. | 426 |
| Подвижные муфты. | 428 |
| Упругие муфты. | 430 |
| Сцепные муфты. | 432 |
| Самоуправляемые муфты. | 434 |
| Фрикционные муфты. | 433 |
| Предохранительные муфты. | 436 |
| Краткие сведения о выборе и расчете муфт. | 437 |
| Раздел 11. Упругие элементы в машинах | 448 |
| Классификация. | 449 |
| Конструирование и расчет цилиндрических витых пружин растяжения и сжатия. | 453 |
| Раздел 12. Методы повышения конструкционной прочности деталей машин | 459 |
| Эксплуатационные факторы. | 459 |
| Технологические методы. | 459 |
| Конструкционные методы. | 461 |
| Список литературы | 464 |
За полтора века преподавания курса "Детали машин" лучшие учёные, преподаватели и инженеры написали множество прекрасных учебников (см. Список литературы).
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 нашего университета.
В разделе «Список литературы» 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 Уфа студенты найдут любую литературу. Ищите и найдёте.
Раздел 1. Введение.
Современное общество отличается от первобытного использованием машин.
Применение предметов, усиливающих возможности рук (палки, камни), и особенно освоение дополнительных источников энергии (костёр, лошадь) не только позволило человечеству выжить, но и обеспечило в дальнейшем победу над превосходящими силами природы.
Жизнь людей, даже самых отсталых племён, теперь немыслима без различных механических устройств и приспособлений (греч. "механа" – хитрость).
История использования машин начинается с глубокой древности. Известно применение пружин в луках для метания стрел, катков для перемещения тяжестей.
Такие простые детали машин, как металлические цапфы, примитивные зубчатые колеса, винты, кривошипы были известны до Архимеда (3-й век до новой эры). В эпоху возрождения Леонардо да Винчи (в 15 веке) создал новые механизмы: зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, шарнирные цепи, подшипники качения. Уже тогда применялись канатные и ременные передачи, грузовые винты, шарнирные муфты.
Всерьёз говорить о применении машин можно лишь с эпохи промышленной революции XVIII века, когда изобретение паровой машины дало гигантский технологический рывок и сформировало современный мир в его нынешнем виде. Здесь важен энергетический аспект проблемы.
С тех же пор наметились основные закономерности устройства и функционирования механизмов и машин, сложились наиболее рациональные и удобные формы их составных частей - деталей. В процессе механизации производства и транспорта, по мере увеличения нагрузок и сложности конструкций, возросла потребность не только в интуитивном, но и в научном подходе к созданию и эксплуатации машин.
Развитие промышленности и, особенно, самой передовой техники того времени – железнодорожного транспорта, потребовало большого количества инженеров-механиков. Поэтому в ведущих университетах Запада уже с 30-х годов XIX века, а в Санкт-Петербургском университете с 1892 года читается самостоятельный курс "Детали Машин". Без этого курса теперь невозможна подготовка инженера-механика любой специальности.
Развитие теории и расчета деталей машин связаны с многими именами русских ученных. П.Л.Чебышев, математик и механик, изобретатель более 40 различных механизмов, в том числе и арифмометра. Н.Е. Жуковский, автор исследований по механике твердого тела, гидро- и аэродинамике. Л.В. Ассур, создатель рациональной классификации плоских шарнирных механизмов. В.Л. Кирпичев, автор первого учебника по деталям машин.
Исторически сложившиеся в мире системы подготовки инженеров при всех национальных и отраслевых различиях имеют единую четырёхступенчатую структуру:
1. На младших курсах изучаются ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУКИ, которые представляют собой системы знаний о наиболее общих законах и принципах нашего мира. Это - Физика, Химия, Математика, Информатика, Теоретическая механика, Философия, Политология, Психология, Экономика, История и т.п.
2. Далее изучаются ПРИКЛАДНЫЕ НАУКИ, которые изучают действие фундаментальных законов природы в частных областях жизни, таковыми являются Техническая термодинамика, Теория прочности, Материаловедение, Сопротивление материалов, Теория механизмов и машин, Прикладная механика, Вычислительная техника и т.п.
3. На старших курсах (3-й и выше) студенты приступают к изучению ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН, таких как НАШ КУРС, а также "Основы стандартизации", "Технология обработки материалов" и т.п.; отраслевые различия здесь ещё сравнительно невелики.
4. Обучение завершается освоением СПЕЦИАЛЬНЫХ ДИСЦИПЛИН, таких как, например, "Расчет элементов сельскохозяйственных машин" и т.п., которые и составляют квалификацию инженера-механика соответствующей специальности.
При этом подлинно высококвалифицированным специалистом, способным решать конкретные инженерно-технические проблемы становится лишь тот, кто усвоит взаимосвязь и преемственность между фундаментальными, прикладными, общетехническими и специальными знаниями.
Курс "Детали машин" непосредственно опирается на курсы "Сопротивление материалов" и "Теория механизмов и машин", которыми, мы надеемся, студенты овладели в совершенстве. Кроме того, для успешного выполнения расчётно-графических работ и курсового проекта необходимы хорошие знания правил и приёмов курса "Инженерная графика".
Основные понятия и определения курса
Определим базовые понятия в самом начале работы для систематизации учебного материала и во избежание двусмысленного толкования.
Расположим понятия по степени сложности.
ДЕТАЛИ МАШИН– научная дисциплина, занимающаяся изучением, проектированием и расчетом деталей машин и узлов общего назначения. Механизмы и машины состоят из деталей. Встречающиеся почти во всех машинах болты, валы, зубчатые колеса, подшипники, муфты называют узлами и деталями общего назначения.
ДЕТАЛЬ – (франц. detail – кусочек) – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (ГОСТ 2.101-68).
ЗВЕНО – группа деталей, образующая подвижную или неподвижную относительно друг друга механическую систему тел.
СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА – изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (ГОСТ 2.101-68).
УЗЕЛ – законченная сборочная единица, состоящая из деталей общего функционального назначения и выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями изделия (муфты, подшипники качения и др.).
КОМПЛЕКТ (ремкомплект) – это набор отдельных деталей, служащее для совершения таких операции как сборка, сверление, фрезерование или для ремонта определенных узлов машин. Например, набор накладных или торцевых ключей, отверток, сверл, фрез или ремкомплект карбюратора, топливного насоса и так далее.
МЕХАНИЗМ – система подвижно соединенных деталей, предна значенная для преобразования движения одного или нескольких тел в це лесообразные движения других тел (например, кривошипно-ползунный механизм, механические передачи и т. п.).
АППАРАТ – (лат. apparatus – часть) прибор, техническое устройство, приспособление, обычно некая автономно-функциональная часть более сложной системы.
АГРЕГАТ – (лат. aggrego – присоединять) унифицированный функциональный узел, обладающий полной взаимозаменяемостью.
МАШИНА – (греч. "махина" – огромная, грозная) система деталей, совершающая механическое движение для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения труда. Машина характерна наличием источника энергии и требует присутствия оператора для своего управления. Проницательный немецкий экономист К. Маркс заметил, что всякая машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного механизмов.
По характеру рабочего процесса и назначению машины можно разде лить на три класса:
I класс — машины-двигатели, преобразующие тот или иной вид энергии в механическую работу (двигатели внутреннего сгорания, турбины и др.);