Цели и задачи курсового проектирования

Курсовой проект по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» выполняется после изучения блока общеобразовательных, общетехнических и ряда технологических дисциплин (математики, физики, сопротивления материалов, теоретической механики, теории машин и механизмов, технологии металлов, машиностроительного черчения, взаимозаменяемости и др.), и его целью является приобретение первых инженерных навыков по расчету и конструированию на примере проектирования типовых деталей и узлов машин и механизмов общего назначения.

Основные задачи курсового проектирования:

• выбор оптимального варианта конструкции, учитывающий требования технического задания на курсовой проект;

• проведение инженерных расчетов с целью обеспечения заданных технических характеристик проектируемого устройства;

• выбор материалов и установление необходимой точности выполнения деталей проектируемых устройств, шероховатости поверхностей, допусков и посадок, допусков формы и расположения;

• выполнение объема предусмотренной графической части курсового проекта в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД;

• составление пояснительной записки к курсовому проекту.

Основные понятия

Конструирование – логико-математический творческий процесс поиска оптимального варианта структуры, форм, размеров, материалов и взаимосвязи совокупности отдельных элементов, предназначенных для выполнения заданных функций в соответствии с требованиями технического задания, с учетом достижений науки и техники, патентных оценок и перспектив развития отрасли.

Основные правила конструирования

1. Ориентирование на нормальные условия эксплуатации (например, не-рационально изготовление деталей, предназначенных для работы в сухих помещениях, из дорогих антикоррозионных материалов).

2. Поиск оптимального конструктивного решения (например, в боевом самолете необходимо обеспечить бронирование кабины летчика, что требует увеличения массы самолета, и в то же время обеспечить как можно большую дальность полета и скорость, что требует уменьшения массы).

3. Выполнение условия равнопрочности (например, незачем обеспечивать излишнюю прочность сварному шву, зная, что стальные листы, скрепляемые этим швом, придут в негодность раньше, чем разрушится шов).

Проектирование – процесс создания нового изделия, включающий выполнение конструкции изделия и предусматривающий пять стадий разработки согласно ГОСТ 2.103–68: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработку рабочей документации.

Проект представляет собой совокупность технической документации, полученной в процессе проектирования и конструирования. Техническая документация включает в свой состав исходную, проектную и рабочую документацию.

Техническое задание (ТЗ) ГОСТ 15.001-73 является исходной документацией для разработки проекта и устанавливает основные характеристики создаваемого изделия – кинематические, силовые, геометрические, эксплуатационные. ТЗ определяет стадии разработки конструкторской документации (при необходимости разрешает совмещение стадий), их содержание, сроки выполнения этапов и специфические требования (например, указывает процентный объём стадии в выполнении проекта).

К проектной документации относятся техническое предложение, эскизный проект и технический проект.

Техническое предложение (П) (ГОСТ 2.118-73) на основании данных ТЗ представляет после проработки нескольких вариантов возможных решений технико-экономическое обоснование проекта.

Эскизный проект (Э) (ГОСТ 2.119-73) представляет собой совокупность конструкторских документов, содержащих общие представления о конструкции и принципе действия проектируемого изделия, и определяет его основные параметры и габаритные размеры.

Технический проект (Т) (ГОСТ 2.120-73) представляет подробную конструктивную разработку всех элементов эскизного проекта, выполненную с учетом всех замечаний, принятых при обсуждении и утверждении эскизного проекта.

Рабочий проект (рабочая документация) (И) содержит конструкторскую документацию, необходимую для изготовления всех ненормализованных деталей (чертежей деталей, сборочных чертежей, спецификаций).

Конструкторская документация (ГОСТ 2.102-68) представляет собой совокупность графических и текстовых документов, определяющих состав и устройство проектируемого изделия и содержащих необходимые для изготовления изделия данные. Ниже перечислены виды конструкторских документов.

Схема определяет состав изделия в виде условных изображений (обозначений) его составных частей и показывает их (частей) взаимосвязь.

Чертеж детали содержит изображение детали и дополнительные необходимые данные для ее изготовления и контроля.

Сборочный чертеж содержит изображение сборочной единицы и дополнительные необходимые данные для ее сборки и контроля.

Чертеж общего вида представляет конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и элементов и поясняет принцип работы изделия.

Спецификация представляет собой перечень составляющих сборочной единицы, выполненный в определенном порядке.

Пояснительная записка (ПЗ) (ГОСТ 2.106-68) содержит описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, обоснование принятых при его разработке технических и технико-экономических решений, расчеты деталей машин по критериям работоспособности (прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость).

Основные конструкторские документы: для деталей – чертеж детали, для сборочной единицы – спецификация.

Механизм – система сопряженных тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других твердых тел.

Машина – устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения физического или умственного труда человека и повышения его производительности.

По характеру рабочего процесса машины делятся на энергетические, технологические, транспортные, транспортирующие и информационные.

Энергетические машины преобразуют энергию любого вида (электрическую, паровую, тепловую) в механическую (электрические машины (электродвигатели), электромагнитные преобразователи тока, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбины) или механическую энергию в энергию любого вида (генераторы, компрессоры, воздуходувки, гидравлические насосы).

Технологические машины предназначены для преобразования обрабатываемого предмета (продукта), состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния (станки, сельскохозяйственные и строительные машины, аппараты и роботы).

Транспортные машины преобразуют энергию двигателя в энергию перемещения пассажиров и грузов на значительные расстояния (самолеты, локомотивы, теплоходы, автомобили, велосипеды и т. д.).

Транспортирующие машины преобразуют энергию двигателя в энергию перемещения пассажиров и грузов на незначительные расстояния (эскалаторы, конвейеры, элеваторы, подъемные краны, водоподъемные устройства и т. д.).

Информационные машины предназначены для получения, преобразования и хранения информации (электронно-вычислительные машины, шифровальные машины). Механические движения в них служат для выполнения вспомогательных операций, и поэтому в общепринятом понимании к машинам они отнесены условно.

Машины состоят из деталей, механизмов, сборочных единиц, агрегатов, соединенных при помощи специальных элементов в изделие.

Изделием называют любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятиях. ГОСТ 2.101-68 устанавливает следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты (в курсовом проекте задействованы только детали и сборочные единицы).

Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.

В качестве конструкционных материалов, используемых в машиностроении для изготовления деталей машин, используют различные металлы (алюминий, железо, медь, титан), сплавы металлов (железоуглеродистые – чугун, сталь; магниевые; медноцинковые – латуни; меднооловянные – бронзы; сплавы алюминия и др.), неметаллы (пластмассы, древесину, текстолиты) и композиционные материалы.

Рекомендации по выбору марок сталей и упрочняющей термической обработке приведены в Приложении 3 и Приложении 4.

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (сваркой, свинчиванием, клепкой и др.).

Комплекс – два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (поточная линия станка или автоматическая телефонная станция, например).

Комплект – два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект инструмента).

Агрегат – укрупненный унифицированный элемент, обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции в технологическом процессе (например, в автомобиле двигатель, коробка передач).

Основные показатели машин – надежность, производительность, экономическая эффективность, металлоемкость, энергоемкость, степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство сборки и разборки.

Надежность – способность изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность характеризуется состояниями и событиями.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Показатели качества изделия по надежности: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Временные понятия надежности: наработка, ресурс, срок службы.

Основные критерии работоспособности машин – прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность – способность детали, сборочной единицы или машины сопротивляться разрушению под влиянием внешних нагрузок.

Различают понятия объемной и поверхностной (контактной) прочности. При недостаточной объемной прочности деталь разрушается по всему сечению (поломка зуба шестерни, вала, разрыв стержня болта), при недостаточной поверхностной прочности происходит разрушение поверхности контакта (выкрашивание поверхности зуба шестерни, рабочей поверхности колец подшипника качения.

Оценка прочности обеспечивается проведением соответствующих расчетов по определению напряжений и сравнением их с допускаемыми (пределом прочности, текучести и выносливости).

Жесткость – способность детали, сборочной единицы или машины сопротивляться изменению положения и формы под влиянием внешних нагрузок. Недостаточная жесткость приводит к неравномерному распределению нагрузок (по длине зубьев колес при изгибе и кручении валов) и к снижению долговечности отдельных узлов машины (подшипники качения при относительном перекосе их колец).

Оценка жесткости обеспечивается проведением их расчетов по определению линейных и угловых деформаций при изгибе, угла закручивания при кручении, удлинения при растяжении и сравнения их с допускаемыми.

Износостойкость – способность контактирующих деталей при их относительном перемещении сопротивляться изменению формы и размеров рабочих поверхностей вследствие их изнашивания в процессе трения. Износ требует периодической регулировки и ремонта машины, снижает точность и КПД, увеличивает шум и может служить причиной ее поломки.

Теплостойкость – способность машины, ее деталей и узлов работать при заданных тепловых режимах в течение заданного срока службы, обеспечивая заданные режимы работы.

Для обеспечения нормального теплового режима работы проводят тепловые расчеты (тепловыделение за единицу времени должно быть не больше теплоотдачи).

Виброустойчивость – способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса.

Расчеты на виброустойчивость сводятся к определению частот собственных колебаний конструкции в целом и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний.