Файл: Курс лекций по дисциплине Техническая механика для студентов заочного отделения специальности.pdf

19 где
W
х
– осевой момент сопротивления (величина, характеризующая способность элементов конструкции сопротивляться деформации изгиба), мм
3
Осевой момент сопротивления определяется по формулам:
- для круга
3 1
,
0 d
W
x

;
- для кольца
)
1
(
1
,
0 4
3



D
W
x
;
- для прямоугольника
6 2
h
b
W
x


6 2
h
b
W
Y


При прямом поперечном изгибе изгибающий момент обуславливает возникновение нормального напряжения, а поперечная сила – касательного напряжения, которое определяется по формуле:
A
Q
y



2 3

, где А – площадь поперечного сечения, мм
2
Раздел 3. ДЕТАЛИ МАШИН
Тема 3.1. Основные положения. Соединения.
Цели и задачи раздела «Детали машин». Основные определения. Механизм и машина. Классификация машин. Детали машин и сборочные единицы, их классификация.. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин: прочность, жесткость.
Сварные соединения: достоинства, недостатки, область применения.
Заклепочные соединения. Общие сведения о соединениях с натягом.
Резьбовые соединения.
Раздел «Детали машин» (ДМ)
изучает детали общего назначения, применяемые во всех машинах: соединения, передачи, детали вращения. Детали, присущие определённому виду машин, называются деталями специального
назначения и изучаются на специальных курсах.
Машиной
называется агрегат, производящий полезную работу. Машины бывают разнообразными. Они могут различаться по назначению, размерам и конструкции, но все состоят из одинаковых по форме и назначению элементов – деталей.
Деталью
называется элементарная часть машины, не подлежащая разборке. Например: болт, гайка, вал. Деталь, к которой крепятся остальные детали, называется
базовой
. В токарном станке это станина, в автомобиле – рама, в ДВС – блок. Несколько деталей, соединённых между собой, называются узлом. Несколько соединённых узлов представляют собой
сборочную единицу или машину
Любая машина всегда состоит из 3-х механизмов:

рабочий орган или исполнительный механизм;

двигатель;

передача.
Механизмом
называется устройство, совершающее строго закономерное движение. Как правило, механизм является составной частью машины. Например: в двигателе имеется RIV (кривошипно-шатунный механизм), задача которого преобразовать поступательное движение поршня во вращательное движение вала.
Ко всем машинам предъявляются следующие требования:

прочность;

экономичность (высокий КПД);

низкая стоимость;

20

простота управления и безопасность обслуживания;

эстетичность.
Проектированием машин занимается конструктор. При проектировании возможны два вида задач:

по заданной нагрузке и допускаемому напряжению определить размеры детали;

по имеющимся размерам деталей определить допускаемую нагрузку или проверить деталь на прочность.
При расчёте детали одни размеры должны быть округлены до стандартных, другие - принимаются конструктивно с последующей проверкой деталей на прочность.
Основные критерии работоспособности и расчёта деталей машин.
Работоспособность деталей оценивается рядом условий, которые диктуются режимом работы:

прочность;

жёсткость;

износоустойчивость;

теплостойкость;

виброустойчивость.
Прочность – способность тела сопротивляться воздействию внешних нагрузок, не разрушаясь и сопротивляться воздействию пластичных деформаций.
Жёсткость – способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под действием внешних сил.
Износостойкость – способность деталей сохранять необходимые размеры трущихся поверхностей в течение заданного срока службы.
Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Виброустойчивость – способность конструкции работать в пределах заданного диапазона режимов работы, достаточно далёких от области резонансов.
Соединения деталей машин.
Все соединения делятся на две группы:

неразъёмные – соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей
(заклёпочные, сварочные, клеевые);

разъёмные – соединения, которые можно разобрать и собрать без разрушения и повреждения деталей
(резьбовые, шпоночные и др.).
Неразъёмные соединения.
Сварные соединения
– соединения, образованные под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате сильного местного нагрева до расплавления деталей в зоне их соединения или нагрева деталей до пластического состояния с применением механического усилия. Наиболее распространена электрическая сварка.
Электросварка делится на два вида: дуговую и контактную.
Виды сварных соединений.
В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие виды сварных соединений:
 стыковые;
 нахлёсточные;
 тавровые;
 угловые.
Прочность сварных соединений зависит от следующих факторов:
1. качество основного материала;
2. характер действующих нагрузок;
3. технологические дефекты сварки;
4. деформации, вызываемые сваркой и др.
Поэтому допускаемое напряжение при расчёте сварных соединений принимают пониженным в долях от допускаемых напряжений для основного металла.
Клеевые соединения
– соединения, осуществляемые за счёт сил сцепления в процессе затвердевания жидкого клея. Прочность клеевых соединений зависит от материала и конструкции склеиваемых деталей, качество подготовки поверхностей к склеиванию, выбору марки клея и технологии склеивания.

21
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
1) Возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе и деталей, не поддающихся сварке;
2) Герметичность;
3) Высокая коррозионная стойкость;
4) Хорошее сопротивление усталости.
5) Сравнительно низкая прочность;
6) Низкая теплостойкость (до 250˚C);
7) Снижение прочности некоторых клеевых соединений с течением времени.
Соединения с натягом
– это соединения относят к неразъёмным, хотя они занимают промежуточное положение между разъёмными и неразъёмными соединениями. Эти соединения можно разбирать без разрушения деталей, однако повторная сборка не обеспечивает той же надёжности, что первичная. Наибольшее распространение получили цилиндрические соединения. По способу сборки цилиндрические соединения с натягом разделяют на: a. Соединения, собираемые запрессовкой; b. Соединения, собираемые с предварительным нагревом охватывающей детали или с охлаждением охватываемой детали.
Запрессовка
– наиболее простой и распространённый способ сборки, однако при запрессовке происходит смятие и частичное срезание шероховатостей посадочных поверхностей, что снижает прочность (запрессовку деталей производят на гидравлических, винтовых и рычажных прессов со скоростью меньшей или равной 5 мм в секунду).
Прочность соединения деталей нагревом или охлаждением в полтора раза выше, чем у запрессованных.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
8) Простота и технологичность, что обеспечивает низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве;
9) Хорошее центрирование деталей и распределение нагрузки по всей посадочной поверхности, что позволяет использовать эти соединения для скрепления деталей современных высокоскоростных машин;
10) Передача больших знакопеременных нагрузок, в том числе вибрационных и ударных.
11) Сложность сборки и особенно разборки (требуется применение специальных печей и мощных прессов);
12) Рассеивание нагрузочной способности соединения, связанное с колебаниями действительных посадочных размеров, пределов допусков;
13) Повышенная точность изготовления деталей соединения.
Разъёмные соединения.
Резьбовые соединения
– это самый распространённый вид разъёмных соединений. Они осуществляются с помощью крепёжных резьбовых деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек и т. п.), основным элементом которых является резьба. Резьба получается прорезанием на поверхности стержня канавок при движении плоской фигуры – профиля резьбы (треугольника, трапеции и др.) по винтовой линии. Винтовую линию резьбы образует гипотенуза огибаемого вокруг прямого кругового цилиндра прямоугольного треугольника, один катет которого равен
2
d

, второй
h
p
Выступы, полученные на стержне между канавками, называют витками резьбы. Под витком резьбы принято понимать ту часть её выступа, которая охватывает резьбовую деталь в пределах до

360
Классификация резьб.
По форме поверхности, на которой образована резьба, различают цилиндрические и конические резьбы
(наружные и внутренние). Наибольшее распространение имеют цилиндрические. Конические резьбы применяются реже, например, для плотных соединений труб, пробок, вентилей и баллонов для газа (там, где требуется обеспечить герметичность).
По форме профиля резьбы разделяют на треугольные, трапецеидальные, упорные,
прямоугольные и круглые.
По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. У правой резьбы винтовая линия поднимается вверх слева направо, у левой – в противоположном направлении.
При вращении винта с правой резьбой по часовой стрелке он будет ввинчиваться в неподвижную гайку, а при этом же направлении вращения винта с левой резьбой он будет вывинчиваться. В основном применяют правые резьбы.
По числу заходов резьбы делят на однозаходные, многозаходные – это двухзаходные, трёхзаходные и т. д. Если торец заготовки детали разделить на две или три равные части и из

22 этих точек одновременно перемещать по параллельным винтовым линиям профили резьбы, то получим двух- или трёхзаходную резьбу. Число заходов больше трёх применяется редко.
По назначению различают крепёжные резьбы (наружные и внутренние), применяемые в резьбовых соединениях, крепежно-уплотняющие резьбы, применяемые в соединениях, требующих герметизации (соединения труб), и резьбы для передачи движения (ходовые) – это, как правило, многозаходные трапецеидальные, применяемые в винтовых механизмах.
Подавляющее большинство крепёжных резьб – цилиндрические, правые, однозаходные, с треугольным профилем.
Основные параметры резьбы (рисунок 1).
Рисунок 1. Основные параметры резьбы.
d – наружный диаметр резьбы, который принимается за номинальный диаметр резьбы и используется при её обозначении;
d
1
– внутренний диаметр резьбы;
d
2
– средний диаметр резьбы (диаметр воображаемого цилиндра, на поверхности которого ширина витка равна ширине впадины);
H
1
– рабочая высота профиля, по которой соприкасаются витки финта и гайки;
H – высота исходного треугольника резьбы;
p – шаг резьбы (расстояние между одноимёнными сторонами двух соседних витков, измеренное в осевом направлении);
α – угол профиля резьбы;
p
h
– ход резьбы – это расстояние между одноимёнными сторонами одного и того же витка, измеренное в осевом направлении. Ход резьбы равен относительному осевому перемещению винта или гайки за один оборот. В однозаходной резьбе p h
=p, в двухзаходной – p h
=2p, в трёхзаходной – p h
=3p;
ψ – угол подъёма резьбы.

23
Рисунок 8. Фрикционная передача.
Подшипники ведомого вала выполнены подвижными, благодаря чему вал может перемещаться в направлении линии центров передачи. Пружина сжатия, действующая на подвижный подшипник, прижимает катки один к другому силой F
t
, нагрузка передаётся силой трения R
f
, возникающей в месте контакта вращающихся катков. Условие работоспособности передачи
t
f
F
R

, где
2 2
/
2
d
M
F
t

- передаваемая окружная сила;
r
f
fF
R

- сила трения.
Следовательно,
t
r
F
fF

, откуда сила прижатия катков
f
KF
F
t
r
/

, где K – коэффициент запаса сцепления; K=1,25…1,5 для силовых передач и K

3 для передач приборов; f – коэффициент трения скольжения между катками; f=0,15…0,20 для стали по стали или чугуну всухую и f=0,04…0,05 для стали по стали в масле. Значение силы F
r во много раз больше силы F
t
(например, при K=1,25 и f=0,05

F
r
=25F
t
), что является большим недостатком фрикционных передач.
На практике применяют два способа прижатия катков: постоянной силой (например, пружины, собственный вес элементов передачи и т. п.) и переменной силой, которая автоматически изменяется пропорционально изменению передаваемой силы.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
14) Плавность и бесшумность работы;
15) Простота конструкций и эксплуатации;
16) Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа;
17) Предохраняют механизмы от поломок при перегрузках вследствие скольжения ведущего катка по ведомому.
18) Большие нагрузки на валы и подшипники из-за большой силы прижатия катков, что усложняет конструкцию передачи и увеличивает её размеры;
19) Непостоянство передаточного числа из-за неизбежного упругого скольжения катков;
20) Повышенный износ катков и др.
F
r n
1
w
1
M
1
n
2
w
2
M
2
R
f

24
Все фрикционные передачи делятся на две группы: передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным числом
*
; передачи регулируемые или фрикционные вариаторы с плавным бесступенчатым регулированием передаточного числа.
Фрикционные передачи с постоянным передаточным числом в качестве силовых передач в машиностроении применяют крайне редко (во фрикционных прессах, молотах и т. п.) из-за неконкурентноспособности с зубчатыми передачами по габаритам, надёжности, КПД и др. Передаваемая мощность до 20 кВт, допускаемая скорость катков до 25 м/с. Этим передачи нашли ограниченное использование в виде кинематических передач в приборах (магнитофоны, кинокамеры и т. п.), где требуется плавность и бесшумность работы.
Фрикционные вариаторы широко применяют как в силовых, так и в кинематических передачах, когда требуется бесступенчатое регулирование передаточного числа.
Нерегулируемые фрикционные передачи.
Цилиндрическая фрикционная передача (рисунок 3) применяется для передачи движения между валами с параллельными осями. Передаточное число
1 2
1 2
2 1
2 1
/
)
1
(
/
/
d
d
d
d
n
n
w
w
u






, где

0,01…0,03 – коэффициент скольжения. В силовых передачах рекомендуется u

6.
Коническая фрикционная передача (рисунок 9) применяется для передачи движения между валами с пересекающимися осями. Угол

между осями валов может быть различным, чаще всего

=

1
+

2
=90

, где

1
и

2
– углы при вершинах конусов ведущего и ведомого катков. Для правильной работы передачи оба конуса должны иметь общую вершину.
Материалы фрикционных передач должны иметь:
1. высокий коэффициент трения
f
, что уменьшает требуемую силу прижатия F
r
;
2. высокий модуль упругости E, что уменьшает потери на трение;
3. высокую износостойкость;
4. контактную прочность и теплопроводность.
Наиболее распространённое сочетание материалов катков: закалённая сталь по закалённой стали; чугун по чугуну; текстолит, фибра или гетинакс по стали (в малонагруженных передачах).
Рисунок 9. Коническая фрикционная передача.
*
О постоянном передаточном числе можно говорить только условно, так как из-за неизбежного упругого скольжения оно не остаётся постоянным.


2

1
F
F
n
1
w
1
n
2
w
2
F
2
F
1