Тема 1. Основы конструирования и расчета дм. Основные этапы конструирования машин.

Проектируемая машина должна удовлетворять тем требованиям, которые предъявляются техническим условием. При этом она должна обладать высокой производительностью, иметь низкую стоимость, определенные весовые характеристики, быть долговечной и надежной, простой в эксплуатации и т.д. Поэтому конструирование машин весьма сложный комплексный творческий процесс, включающий:

1. установление, обоснование принципов действия и режимов работы создаваемой машины (изучение аналогов, прототипов, японский опыт);

2. разработку общей схемы машины и всех ее частей, наилучшим образом удовлетворяющей эксплуатационным требованиям;

3. выяснение нагрузок, действующих на элементы детали машин и характера их изменения во времени (силовой анализ машины). Нагрузки бывают постоянные и переменные;

4. выбор материалов для изготовления деталей машин (например, деревянный корпус редуктора);

5. назначение технологии изготовления деталей.

Выполнение всех необходимых расчетов: общих, кинематических, динамических, прочностных, вероятностных, экономических и специальных. Определение размеров деталей.

В связи с тем, что в ОМ изучаются только детали общего назначения, этот процесс у нас в основном сведется к конструкциям деталей, к выяснению нагрузок, действующих уже на готовые детали, и расчет деталей по одному или нескольким характерным критериям, обеспечивающим работоспособность деталей.

Что касается конструирования, то на этом этапе обычно определяется форма и вид детали от ее назначения. Скажем, если надо передать вращение с одного вала на другой, то в зависимости от условий работы мы можем взять или зубчатое колесо, или шкивы с ремнем и т.д. Если соединить две детали, то можно воспользоваться или крепежными деталями, или заклепками, или получить их сваркой. Что касается следующих этапов, то о них следует сказать несколько подробнее.

Основные критерии работоспособности дм.

Работоспособность ДМ определяется следующими критериями:

1. прочностью;

2. жесткостью и устойчивостью;

3. износостойкостью;

4. теплостойкостью;

5. виброустойчивостью машин.

Специальные свойства:

1.коррозионная стойкость;

2. транспортабельность;

3. снижение веса;

4. использование соответствующих материалов;

5. простота изготовления и технологичность.

Это основные критерии, есть еще и специфические, предъявляемые к определенным видам деталей.

Значение того или иного критерия для конкретной детали определяется назначением и условием ее работы. В связи с этим по одному или по нескольким сразу из этих критериев проводят расчет, цель которого – определение минимальных размеров и материалов деталей.

Прочность – способность детали выполнять свои функции, не разрушаясь или сопротивляться общим пластическим деформациям, является главным критерием для большинства деталей машин. Поломка деталей машин приводит не только к простоям, но может привести и к авариям. Например, поломка шарика и сепаратора подшипника качения шасси самолета.

Следует различать разрушение деталей от статически действующих нагрузок и переменных во времени нагрузок (усталость металлов), а также от контактных напряжений (движение трамвайных, тепловозных, вагонных колес по рельсам).

Основы расчета на прочность изучаются в курсе сопротивления материалов. Скажем кратко, что для того чтобы деталь не разрушалась, возникающие в ней напряжения должны быть меньше допускаемых. Однако если в курсе сопротивления материалов даются уже готовые схемы для расчета, и вы совершенно не задумывались каким же образом выбрать допускаемые напряжения, то в курсе ОМ основное внимание уделяется выбору расчетных схем и запасов прочности деталей и конструкций, на чем мы подробнее остановимся ниже.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы. Часто в практике окончательным расчетом является расчет на жесткость. Расчет на жесткость – расчет на предельно допустимые деформации. Особенно часто этот расчет выполняется для высокопрочных сталей. На жесткость, а именно на предельный изгиб, рассчитываются такие детали как винты домкратов, ходовые винты токарных станков, пружины, работающие на сжатие, на предельные прогибы, подкрановые балки, червяки в червячных редукторах и т.д. В дальнейшем мы будем заниматься расчетами на жесткость не в общем, а лишь для конкретных деталей.

Износостойкость – способность деталей сохранять свои размеры, то есть сопротивляться износу. В подавляющем большинстве случаев выход из строя деталей при обеспечении их прочности и жесткости связан с износом. Износ является результатом действия контактных напряжений или напряжений смятия при наличии скольжения. Интенсивность износа зависит от величины напряжений и скорости скольжения, а также от коэффициента трения и износостойкости материала. Износ деталей также не должен превышать определенной величины, допустимой для данной машины.