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: 883
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
это условие должно быть предметом особого внимания во всех случаях при про ектировании деталей машин. Необходимо экономить цветные метал лы и сплавы на их основе.
УДОБСТВО ЭКСПЛУАТАЦИИ - при проектировании необходимо стремить ся, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройст ва должны работать безотказно, а уплотнения — не пропускать мас ла. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала.
ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТЬ МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ - возможность и удобство, их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их под нимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготов ления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собира ют в одно целое.
СТАНДАРТИЗАЦИЯ - установление обязательных норм на отдельные параметры, нормативно-технические характеристики и так далее. Она имеет большое экономическое значение, так как обеспечивает:
1) возможность массового производства стандартных деталей, что снижает их себестоимость;
2) возможность использования стандартного режущего и измерительного инструмента;
3) легкость замены вышедших из строя деталей при ремонте;
4) экономию труда при конструировании
5) повышение качества конструкции.
Стандартизация деталей и узлов предполагает их унификацию. Унификации – приведение изделий одинакового функционального назначения к единообразию, включающее обеспечение преемственности при изготовлении и эксплуатации. Например, механизмы подъема передвижения кранов, блоки поворота, выдвижения руки, качения и т. д. Показателем уровня стандартизации и унификации является коэффициент применяемости типоразмерам деталей, определяемый как отношение разности общего числа типоразмеров деталей и числа типоразмеров впервые разработанных деталей к общему числу типоразмеров деталей и изделии.
Основными критериями качества машин считают:
МОЩНОСТЬ – скорость преобразования энергии;
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – объём работы (продукции, информации), выполняемой в единицу времени;
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ – доля дошедшей до потребителя энергии (мощности);
ГАБАРИТЫ – предельные размеры;
ЭНЕРГОЁМКОСТЬ - расход топлива или электричества отнесённый к объёму работы (пройденному расстоянию, произведённой продукции);
МАТЕРИАЛОЁМКОСТЬ – количество конструкционного материала машины, обычно отнесённого к единице мощности;
ТОЧНОСТЬ – способность максимально соответствовать заданному положению (скорости и т.п.);
ПЛАВНОСТЬ ХОДА – минимальные ускорения при работе машины.
Силы, действующие в механизмах и машинах
Силы в механизмах и машинах разделяют на шесть групп.
Движущие силы (движущие моменты). Они приложены к входному звену механизма. Совершаемая ими работа при движении машины считается положительной. Они зависят от разных параметров. Так, давление газа в цилиндре двигателя внутреннего сгорания зависит от перемещения поршня, а движущий момент в механизме, например, стрелочного перевода создаётся электродвигателем и зависит от скорости вращения мотора.
Силы сопротивления, которые машина преодолевает при работе. Эти силы всегда стремятся замедлить движение выходного звена. Они достаточно условно подразделяются на силы полезного сопротивления (при резании, прессовании и т.п.), на преодоление которых затрачивается полезная работа машины и силы вредного сопротивления (потери на трение и т.п.), на преодоление которых затрачивается работа дополнительно, сверх полезной. К вредному сопротивлению относят как силы взаимодействия между звеньями в кинематических парах (трение, удары), так и силы сопротивления среды (аэро- и гидродинамические).
Силы тяжести, равнодействующие которых приложены в центрах тяжести звеньев. В зависимости от направления движения центра тяжести звена (вниз или вверх) силы тяжести совершают либо положительную, либо отрицательную работу, которая, соответственно помогает или препятствует движению машины.
Силы инерции. Действуют на все звенья механизма, движущиеся с ускорением − линейным или угловым. В соответствии с методами теоретической механики все силы инерции приводятся к главному вектору и главному моменту сил инерции: , , гдеm− масса звена; aS − ускорение центра масс; − угловое ускорение звена; − момент инерции звена относительно центра масс. Знак "минус" показывает, что главный вектор и главный момент сил инерции направлены противоположно соответствующим ускорениям.
Реактивные силы или реакции возникают в кинематических парах в результате действия всех, описанных выше сил в соответствии с 3-м законом Ньютона. В их обозначениях применяют два индекса, первый из которых указывает, от какого звена, а второй − на какое звено действует сила. Реакции непосредственно не влияют на характер движения механизма.
Силы трения в кинематических парах зависят от реакций. Силы (моменты) трения обычно считают вредным сопротивлением, они всегда направлены противоположно движению и рассеивают часть энергии на своё преодоление, отнимая её от полезной работы и преобразуя её в тепло. Это вызывает нежелательный нагрев деталей машин. Однако, кроме того, силы трения эффективно рассеивают энергию колебаний, понижая уровень шума и вибрации машин.
Равнодействующая всех сил, приложенная к входному звену со стороны остальных звеньев механизма называется уравновешивающей силой (моментом). Максимальная величина уравновешивающего момента определяет требуемую мощность двигателя.
Условия нормальной работы деталей и машин
Успешная работа деталей и машин заключается в обеспечении надёжности и работоспособности при заданных нагрузках.
НАДЁЖНОСТЬЮ называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетаний следующих частных свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
БЕЗОТКАЗНОСТЬ– способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ– способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.
РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ– приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта.
СОХРАНЯЕМОСТЬ– способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.
Каждое из частных свойств количественно оценивается показателями надежности. Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени.
Статистическая оценка вероятности безотказной работы представляет собой соотношение
,
где Nи(Т) - количество исправных изделий к моменту времени Т;
N0 - исходное количество эксплуатируемых изделий.
Статистическая вероятность отказа находится по зависимости
.
Вероятность безотказной работы механизма равна произведению показателей надежности деталей механизма, работающих последовательно,
.
Поэтому надежность систем с большим количеством входящих в нее элементов получается низкой. Так при числе элементов n= 10 с одинаковой вероятностью безотказной работы Pi (Т) = 0,9 вероятность системы составит
.
Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми жизненными циклами машины и их деталей, начиная с момента формирования заявки на разработку и заканчивая ее списанием. Каждый из жизненных циклов вносит свою лепту в решение надежности передачи. Обеспечение надежности на стадии проектирования и изготовления непосредственно сказывается на эксплуатационных и технико-экономических показателях машин.
Надежность изделия закладывается на стадии их проектирования. Она зависит от применения современных методов расчета и проектирования, основанных на теории вероятности и математической статистики с применением ЭВМ и САПР, конструкции составных частей передачи, материалов деталей и методов их упрочнения, способов защиты от внешней среды, системы смазки, приспособленности к сохранности и проведению ТО.
Надежность обеспечивают в процессе изготовления деталей и их сборки за счет достижения необходимой точности размеров, применения прогрессивных упрочняющих технологий и технологических мероприятий, направленных на обеспечения технических требований.
Надежность реализуется в процессе эксплуатации и зависит от скоростных и нагрузочных режимов работы, системы технического обслуживания и других эксплуатационных факторов. Надёжность трудно рассчитать количественно, она обычно оценивается как вероятность безотказной работы на основании статистики эксплуатации группы идентичных машин.
Вероятность безотказной работы изделия по критерию износостойкости за период наработки Тиопределяют по функции
.
В период нормальной эксплуатации изделия постепенные отказы еще не проявляются и надежность характеризуется внезапными отказами. Эти отказы вызываются неблагоприятным стечением обстоятельств. Вероятность в этом случае определяет показательное распределение отказов
,
где (Т) – интенсивность отказов.
Интенсивность отказов представляет отношение функции плотности распределения к вероятности безотказной работы
.
Функция плотности распределения представляется отношением приращения вероятности отказов за время
.
Надежность характеризуется следующими состояниями: работоспособное, исправное и неисправное.
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ – это состояние объекта, при котором значение всех параметров выполняемых функции, соответствуют требованиям нормативно-технической или конструкторской документации. Оценочными качественнымипоказателями работоспособности являются: прочность, жесткость, износо-коррозионная стойкость, тепло-хладо-виброустойчивость, стойкость к старению.
ПРОЧНОСТЬ – это способность деталей машин выполнять свои функции в пределах предусмотренных нагрузок без пластических деформации и разрушения. Различают статическую и усталостную прочность деталей. Нарушение статической прочности происходит тогда, когда величина рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала. Обычно это связано с перегрузками. Усталостные поломки детали вызываются длительным действием переменных напряжений, величина которых превышает характеристики усталостной прочности материала (например, ).
ЖЁСТКОСТЬ – способность детали сопротивляться любой деформации;
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять первоначальную форму своей поверхности, сопротивляясь износу;
ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять свои свойства при действии высоких температур;
ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.
УДОБСТВО ЭКСПЛУАТАЦИИ - при проектировании необходимо стремить ся, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройст ва должны работать безотказно, а уплотнения — не пропускать мас ла. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала.
ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТЬ МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ - возможность и удобство, их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их под нимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготов ления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собира ют в одно целое.
СТАНДАРТИЗАЦИЯ - установление обязательных норм на отдельные параметры, нормативно-технические характеристики и так далее. Она имеет большое экономическое значение, так как обеспечивает:
1) возможность массового производства стандартных деталей, что снижает их себестоимость;
2) возможность использования стандартного режущего и измерительного инструмента;
3) легкость замены вышедших из строя деталей при ремонте;
4) экономию труда при конструировании
5) повышение качества конструкции.
Стандартизация деталей и узлов предполагает их унификацию. Унификации – приведение изделий одинакового функционального назначения к единообразию, включающее обеспечение преемственности при изготовлении и эксплуатации. Например, механизмы подъема передвижения кранов, блоки поворота, выдвижения руки, качения и т. д. Показателем уровня стандартизации и унификации является коэффициент применяемости типоразмерам деталей, определяемый как отношение разности общего числа типоразмеров деталей и числа типоразмеров впервые разработанных деталей к общему числу типоразмеров деталей и изделии.
Основными критериями качества машин считают:
МОЩНОСТЬ – скорость преобразования энергии;
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – объём работы (продукции, информации), выполняемой в единицу времени;
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ – доля дошедшей до потребителя энергии (мощности);
ГАБАРИТЫ – предельные размеры;
ЭНЕРГОЁМКОСТЬ - расход топлива или электричества отнесённый к объёму работы (пройденному расстоянию, произведённой продукции);
МАТЕРИАЛОЁМКОСТЬ – количество конструкционного материала машины, обычно отнесённого к единице мощности;
ТОЧНОСТЬ – способность максимально соответствовать заданному положению (скорости и т.п.);
ПЛАВНОСТЬ ХОДА – минимальные ускорения при работе машины.
Силы, действующие в механизмах и машинах
Силы в механизмах и машинах разделяют на шесть групп.
Движущие силы (движущие моменты). Они приложены к входному звену механизма. Совершаемая ими работа при движении машины считается положительной. Они зависят от разных параметров. Так, давление газа в цилиндре двигателя внутреннего сгорания зависит от перемещения поршня, а движущий момент в механизме, например, стрелочного перевода создаётся электродвигателем и зависит от скорости вращения мотора.
Силы сопротивления, которые машина преодолевает при работе. Эти силы всегда стремятся замедлить движение выходного звена. Они достаточно условно подразделяются на силы полезного сопротивления (при резании, прессовании и т.п.), на преодоление которых затрачивается полезная работа машины и силы вредного сопротивления (потери на трение и т.п.), на преодоление которых затрачивается работа дополнительно, сверх полезной. К вредному сопротивлению относят как силы взаимодействия между звеньями в кинематических парах (трение, удары), так и силы сопротивления среды (аэро- и гидродинамические).
Силы тяжести, равнодействующие которых приложены в центрах тяжести звеньев. В зависимости от направления движения центра тяжести звена (вниз или вверх) силы тяжести совершают либо положительную, либо отрицательную работу, которая, соответственно помогает или препятствует движению машины.
Силы инерции. Действуют на все звенья механизма, движущиеся с ускорением − линейным или угловым. В соответствии с методами теоретической механики все силы инерции приводятся к главному вектору и главному моменту сил инерции: , , гдеm− масса звена; aS − ускорение центра масс; − угловое ускорение звена; − момент инерции звена относительно центра масс. Знак "минус" показывает, что главный вектор и главный момент сил инерции направлены противоположно соответствующим ускорениям.
Реактивные силы или реакции возникают в кинематических парах в результате действия всех, описанных выше сил в соответствии с 3-м законом Ньютона. В их обозначениях применяют два индекса, первый из которых указывает, от какого звена, а второй − на какое звено действует сила. Реакции непосредственно не влияют на характер движения механизма.
Силы трения в кинематических парах зависят от реакций. Силы (моменты) трения обычно считают вредным сопротивлением, они всегда направлены противоположно движению и рассеивают часть энергии на своё преодоление, отнимая её от полезной работы и преобразуя её в тепло. Это вызывает нежелательный нагрев деталей машин. Однако, кроме того, силы трения эффективно рассеивают энергию колебаний, понижая уровень шума и вибрации машин.
Равнодействующая всех сил, приложенная к входному звену со стороны остальных звеньев механизма называется уравновешивающей силой (моментом). Максимальная величина уравновешивающего момента определяет требуемую мощность двигателя.
Условия нормальной работы деталей и машин
Успешная работа деталей и машин заключается в обеспечении надёжности и работоспособности при заданных нагрузках.
НАДЁЖНОСТЬЮ называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетаний следующих частных свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
БЕЗОТКАЗНОСТЬ– способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ– способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.
РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ– приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта.
СОХРАНЯЕМОСТЬ– способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.
Каждое из частных свойств количественно оценивается показателями надежности. Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени.
Статистическая оценка вероятности безотказной работы представляет собой соотношение
,
где Nи(Т) - количество исправных изделий к моменту времени Т;
N0 - исходное количество эксплуатируемых изделий.
Статистическая вероятность отказа находится по зависимости
.
Вероятность безотказной работы механизма равна произведению показателей надежности деталей механизма, работающих последовательно,
.
Поэтому надежность систем с большим количеством входящих в нее элементов получается низкой. Так при числе элементов n= 10 с одинаковой вероятностью безотказной работы Pi (Т) = 0,9 вероятность системы составит
.
Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми жизненными циклами машины и их деталей, начиная с момента формирования заявки на разработку и заканчивая ее списанием. Каждый из жизненных циклов вносит свою лепту в решение надежности передачи. Обеспечение надежности на стадии проектирования и изготовления непосредственно сказывается на эксплуатационных и технико-экономических показателях машин.
Надежность изделия закладывается на стадии их проектирования. Она зависит от применения современных методов расчета и проектирования, основанных на теории вероятности и математической статистики с применением ЭВМ и САПР, конструкции составных частей передачи, материалов деталей и методов их упрочнения, способов защиты от внешней среды, системы смазки, приспособленности к сохранности и проведению ТО.
Надежность обеспечивают в процессе изготовления деталей и их сборки за счет достижения необходимой точности размеров, применения прогрессивных упрочняющих технологий и технологических мероприятий, направленных на обеспечения технических требований.
Надежность реализуется в процессе эксплуатации и зависит от скоростных и нагрузочных режимов работы, системы технического обслуживания и других эксплуатационных факторов. Надёжность трудно рассчитать количественно, она обычно оценивается как вероятность безотказной работы на основании статистики эксплуатации группы идентичных машин.
Вероятность безотказной работы изделия по критерию износостойкости за период наработки Тиопределяют по функции
.
В период нормальной эксплуатации изделия постепенные отказы еще не проявляются и надежность характеризуется внезапными отказами. Эти отказы вызываются неблагоприятным стечением обстоятельств. Вероятность в этом случае определяет показательное распределение отказов
,
где (Т) – интенсивность отказов.
Интенсивность отказов представляет отношение функции плотности распределения к вероятности безотказной работы
.
Функция плотности распределения представляется отношением приращения вероятности отказов за время
.
Надежность характеризуется следующими состояниями: работоспособное, исправное и неисправное.
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ – это состояние объекта, при котором значение всех параметров выполняемых функции, соответствуют требованиям нормативно-технической или конструкторской документации. Оценочными качественнымипоказателями работоспособности являются: прочность, жесткость, износо-коррозионная стойкость, тепло-хладо-виброустойчивость, стойкость к старению.
ПРОЧНОСТЬ – это способность деталей машин выполнять свои функции в пределах предусмотренных нагрузок без пластических деформации и разрушения. Различают статическую и усталостную прочность деталей. Нарушение статической прочности происходит тогда, когда величина рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала. Обычно это связано с перегрузками. Усталостные поломки детали вызываются длительным действием переменных напряжений, величина которых превышает характеристики усталостной прочности материала (например, ).
ЖЁСТКОСТЬ – способность детали сопротивляться любой деформации;
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять первоначальную форму своей поверхности, сопротивляясь износу;
ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять свои свойства при действии высоких температур;
ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.