- •1. Элементы прикладной механики
- •1.1 Статические, кинематические и динамические основы конструирования технических систем
- •1.1.1 Основные понятия статики [1, с.9-17]
- •1.1.1.1 Силы
- •1.1.1.2 Связи и их реакции
- •1.1.1.3 Сложение сил [1, с.18-31]
- •1.1.1.4 Момент силы относительно точки [1, с.31-33]
- •1.1.1.5 Пара сил. Момент пары [1, с.33-37]
- •1.1.1.6 Приведение системы сил к центру. Условия равновесия
- •1.1.1.7 Трение [1, с.64-72]
- •1.1.2 Основные сведения из кинематики
- •1.1.2.1 Способы задания движения точки
- •1.1.2.2 Скорость и ускорение точки
- •1.1.2.3 Решение задач кинематики точки
- •1.1.3 Основные сведения из динамики
- •1.1.3.1 Законы динамики [1, с.181-184]
- •1.1.3.2 Задачи динамики
- •1.1.3.3 Основные виды сил, рассматриваемые в задачах динамики
- •1.1.3.4 Общие теоремы динамики [1, с. 201-219]
- •1.1.3.5 Введение в динамику системы
- •1.2 Основные понятия о важнейших свойствах конструкций технических систем: прочности, жесткости и устойчивости
- •1.2.1 Реальный объект и расчетная схема
- •1.2.2 Силы внешние и внутренние
- •1.2.3 Напряжения
- •1.2.4 Перемещения и деформации
- •1.2.5 Закон Гука
- •1.2.6 Растяжение и сжатие
- •1.2.7 Статически неопределимые системы при растяжении и сжатии
- •1.2.8 Напряженное и деформированное состояния при растяжении и сжатии
- •1.2.9 Испытание материалов на растяжение и сжатие
- •1.2.10 Влияние температуры и фактора времени на механические характеристики материала
- •1.2.11 Коэффициент запаса
- •1.2.12. Кручение
- •1.2.12.1 Чистый сдвиг
- •1.2.12.2 Кручение стержня с круглым поперечным сечением
- •1.2.13. Геометрические характеристики плоских поперечных сечений стержня
- •1.2.13.1 Статические моменты
- •1.2.13.2 Моменты инерции сечения
- •1.2.14. Изгиб
- •1.2.14.1 Напряжения при чистом изгибе
- •1.2.14.2 Напряжения при поперечном изгибе
- •1.2.15. Прочность при циклически изменяющихся напряжениях
- •1.2.16. Понятие об устойчивости
- •1.2.17. Динамическое нагружение
- •1.3 Элементы теории механизмов и деталей машин
- •1.3.1 Основные определения
- •1.3.2 Классификация кинематических пар
- •1.3.3 Виды механизмов и их структурные схемы
- •1.3.4 Структурный анализ и синтез механизмов. Влияние избыточных связей на работоспособность и надежность машин
- •1.3.5 Кинематические характеристики механизмов
- •1.3.6. Силы, действующие в механизмах и способы их определения
- •1.3.7. Типовые детали машин
- •1.3.7.1. Валы и оси
- •1.3.7.2. Опоры скольжения
- •1.3.7.3. Опоры качения
- •1.3.7.4. Пружины и рессоры
- •1.3.7.5. Предохранители от перегрузки
- •1.3.7.6. Станины, плиты, коробки и другие корпусные детали
- •1.3.8. Соединения деталей машин
- •1.3.8.1. Резьбовые соединения
- •1.3.8.2. Заклепочные соединения
- •1.3.8.3. Сварные соединения
- •1.3.8.4. Соединения пайкой и склеиванием
- •1.3.8.5. Клеммовые соединения
- •1.3.8.6. Шпоночные, зубчатые (шлицевые) и профильные соединения
- •1.3.8.7. Соединения деталей посредством посадок с гарантированным натягом (прессовые соединения)
- •1.3.9. Механические передачи
- •1.3.9.1. Ременные передачи
- •1.3.9.2. Фрикционные передачи
- •1.3.9.3. Зубчатые передачи
- •1.3.9.4. Червячные передачи
- •1.3.9.5. Цепные передачи
- •1.3.9.6. Передача винт-гайка
- •1.3.10. Муфты
- •Литература к теме 1
1.3.7. Типовые детали машин
Любая машина, любой механизм состоят из деталей. Деталь является такой частью машины, которую изготовляют без сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шайба, шпонка) или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина). Детали (частично или полностью) объединяют в узлы. Узел представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, объединяемых общим функциональным назначением узла (подшипник, муфта, редуктор). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов). Например, редуктор включает валы с насажанными зубчатыми колесами.
Среди большого разнообразия деталей и узлов машин можно выделить такие, которые встречаются почти во всех машинах (болты, валы, муфты и т.д.). Эти детали и узлы называются деталями (узлами) общего назначения. Они и являются предметом изучения в курсе Деталей машин.
Поскольку в курсе технологии машиностроения предстоит изучать технологию изготовления типовых деталей, то остановимся на определении некоторых из них.
1.3.7.1. Валы и оси
Деталь, на которую насажены вращающиеся чести машины, реально осуществляющая геометрическую ось вращения этих частей, называется осью или валом.
Ось предназначена лишь для поддержания вращающихся деталей. Оси могут быть неподвижными относительно машины, либо вращаться вместе с насаженными на них деталями. В любом случае ось воспринимает лишь изгибающие нагрузки от усилий, действующих на вращающиеся части машин.
Вал, в отличие от оси, не только поддерживает вращающиеся детали, но и передает крутящий момент. Вследствие этого валы оказываются нагруженными не только изгибающими усилиями, но и крутящим моментом.
Крутящий момент связан с передаваемой мощностью и числом оборотов вала соотношением
, [Н м],
где N - мощность, кВт;
n - число оборотов вала, об/мин.
По форме геометрической оси вала различают: прямые валы и коленчатые валы. Коленчатые валы обычно считают не типовой, а специальной конструкцией. Прямые валы могут быть гладкими, если имеют постоянный диаметр по всей длине, или ступенчатыми.
Особую группу составляют валы с изменяющейся формой геометрической оси - гибкие валы.
Опорные участки осей и валов называются цапфами. В зависимости от системы нагружения, направление опорных реакций может быть радиальным и осевым.
Цапфы, воспринимающие опорные реакции радиального направления, называются шипами, если они являются концевыми, или шейками, если они расположены на удалении от конца вала.
Цапфы, воспринимающие осевые опорные реакции, называются пятами. Одна и та же конструктивная задача может быть решена как с помощью вала, так и оси.
а - барабан насажен на неподвижную ось, зубчатое колесо для приведения вала во вращение закреплено на барабане; б - барабан закреплен на вращающейся оси; в - барабан закреплен на валу, зубчатое колесо тоже, вращающий момент с зубчатого колеса на барабан передается валом.
В случае "а" ось испытывает односторонний изгиб, в случае "б" нагрузка на ось - знакопеременная, поэтому диаметр оси должен быть больше. Но зато в варианте "б" легче доступ к подшипникам. Достоинством варианта "в" является свободный доступ к узлам трения, насадка зубчатого колеса на вал, а не на барабан упрощает конструкцию.
Диаметры посадочных мест осей и валов выбираются стандартные, что обеспечивает возможность использования стандартного измерительного инструмента и стандартных подшипников. Свободные размеры выбираются из ряда предпочтительных чисел.
Переход на ступенчатом валу с одного диаметра на другой осуществляется не резко, а с помощью галтели с целью уменьшения усталостных напряжений, возникающих при знакопеременной нагрузке.
Существенное снижение массы вала или оси при незначительном уменьшении момента сопротивления может быть достигнуто при использовании полого вала. Оси и валы - ответственные детали, обязательно подлежащие расчету на прочность. Ось считают на изгиб. Вал, помимо изгиба, проверяют на критическое число оборотов. В некоторых случаях помимо прочности требуется проверка вала на жесткость.
Поскольку валы и оси являются достаточно нагруженными элементами конструкции, для их изготовления используют материалы повышенной прочности. Так, если машина изготовлена из черных металлов, вал или ось изготавливают из стали 45, в нержавеющих стальных конструкциях - из 3Х13 и т.д. Следует заметить, что указанные марки сталей способны подвергаться закалке и другим методам термообработки.
Особую конструкцию представляют собою гибкие валы, применяемые для передачи движения между деталями, если в процессе работы изменяются относительное расположение их осей вращения. Пример: использование вибратора в бетонных работах.
Распространенной конструкцией является гибкий вал, состоящий из ряда последовательно навитых друг на друга слоев стальной проволоки. Первый от центра слой навивается на центральную проволоку - сердечник, который может быть затем извлечен из вала, либо оставлен внутри его. Конструктивно гибкий вал похож на многозаходную, многослойную винтовую пружину кручения с плотно прилегающими друг к другу витками и слоями. Смежные слои имеют противоположные направления навивки. Направление вращения вала должно быть таким, чтобы пружина, образующая внешний слой, закручивалась, а не раскручивалась.