- •Детали машин и основы конструирования. Передачи
- •Основные понятия
- •1. Механические передачи. Общие сведения
- •Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента.
- •3. Регулирование частоты вращения ведомого вала.
- •Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины. Классификация передач
- •1.1. Основные характеристики передач
- •Мощность на входе и выходе передачи
- •3. Частота вращения входного и выходного звеньев
- •4. Коэффициент полезного действия
- •Краткие сведения о контактных напряжениях
- •2. Планетарные передачи
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Передаточное отношение
- •2.3. Вращающие моменты на основных звеньях
- •2.4. Силы в зацеплении
- •2.5. Особенности расчета планетарных передач
- •2.6. Расчет планетарных передач на прочность
- •3. Волновые передачи
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Принцип работы волновой зубчатой передачи
- •3.3. Передаточное отношение зубчатой волновой передачи
- •3.4. Связь радиальной деформации с передаточным отношением
- •3.5. Характер и причины отказов деталей волновых передач
- •3.6. Материалы колес передачи
- •3.7. Расчет передачи
- •4. Зубчатые передачи
- •Точность зубчатых передач
- •Расчет закрытых зубчатых передач
- •4.1. Выбор материалов зубчатых колес
- •4.2. Выбор допускаемых напряжений
- •4.3. Расчет цилиндрических зубчатых передач
- •Проектный расчет на контактную выносливость
- •Проверочный расчет на контактную прочность при перегрузках
- •Проектный расчет на выносливость зубьев при изгибе
- •Силы, действующие в зацеплении передач
- •Проверочный расчет зубьев на выносливость при изгибе
- •Проверочный расчет на прочность по напряжениям изгиба при перегрузках
- •4.4. Расчет конических передач
- •Проектный и проверочный расчеты конических передач на контактную выносливость
- •Проектный расчет конических зубчатых передач на выносливость зубьев по напряжениям изгиба
- •Проверочный расчет конических зубчатых передач на выносливость по напряжениям изгиба
- •Силы, действующие в зацеплении конических зубчатых передач
- •4.5. Расчет открытых цилиндрических зубчатых передач
- •Конструкция открытых цилиндрических зубчатых колес
- •5 Рис.3. Параметры червяка . Червячные передачи
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Расчёт червячных цилиндрических передач
- •Выбор кинематической схемы червячного редуктора
- •Допускаемые напряжения Допускаемые контактные напряжения
- •Допускаемые напряжения изгиба
- •Выбор коэффициента диаметра червяка
- •Определение межосевого расстояния
- •Определение модуля зацепления
- •Определение коэффициента смещения инструмента
- •Определение действительной скорости скольжения
- •Определение коэффициента полезного действия червячной передачи
- •Проверочные расчёты червячной передачи Проверка на контактную прочность
- •Проверка на изгибную прочность
- •Определение основных геометрических параметров червячной передачи
- •Основные размеры венца червячного колеса определяются по формулам:
- •Определение сил в зацеплении
- •Тепловой расчёт червячной передачи
- •6. Ременные передачи
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Основные геометрические параметры
- •6.3. Силовые соотношения в передаче
- •6.4. Напряжения в ремне
- •6.5. Скольжение ремня по шкивам. Передаточное число
- •6.6. Передаточное отношение
- •6.7. Критерии работоспособности и расчета ременной передачи
- •6.8. Потери в передаче и кпд. Долговечность ремня
- •6.9. Расчет клиноременных передач
- •Конструкции шкивов ременных передач
- •6.10. Передачи зубчатым ремнем
- •7. Цепные передачи
- •7.1. Общие сведения
- •Классификация цепных передач осуществляется по следующим основным признакам:
- •Приводные цепи
- •Особенности работы цепных передач
- •Переменность мгновенного значения передаточного отношения
- •Удары звеньев о зубья звездочек при входе в зацепление
- •Поворот звеньев под нагрузкой
- •Звездочки
- •Характер и причины отказов цепных передач
- •7.2. Расчет цепных передач
- •7.3. Конструирование звездочек цепных передач
- •8. Передачи винт-гайка скольжения
- •8.1. Общие сведения о передачах винт-гайка
- •8.2. Передачи скольжения
- •Расчет передачи винт-гайка скольжения
- •8.3. Передачи винт-гайка качения
- •9. Фрикционные передачи
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Детали машин и основы конструирования. Передачи
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего и среднего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
В. Н. Бельков, Н. В. Захарова
Детали машин и основы конструирования. Передачи
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
2010
УДК 621.81(075)
ББК 34.42я73
Б 44
Рецензенты:
В. Н. Никитин, канд. техн. наук, доцент,
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия;
Л. О. Штриплинг, доктор техн. наук, профессор,
Омский институт сервиса
Бельков, В. Н.
Б 44 Детали машин и основы конструирования. Передачи: учеб. пособие / В. Н. Бельков, Н. В. Захарова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 164 с.
ISBN 978-5-8149-1038-7
Изложены основы теории, расчета и конструирования передач зацеплением и трением машин общего назначения.
Пособие по структуре, содержанию и методике ориентировано на изучение дисциплины «Детали машин и основы конструирования». Содержит справочные таблицы и данные на основе нормативных документов, принятых в практике конструирования.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
УДК 621.81(075)
ББК 34.42я73
ISBN 978-5-8149-1038-7 © ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2010
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Детали машин и основы конструирования» является базовой при подготовке конструкторов широкого профиля – создателей новой техники, способствуя формированию умений и навыков, необходимых в инженерной деятельности.
Цель настоящего пособия – изложить в лаконичной форме учебный материал, касающийся основ теории, расчета и принципов конструирования передач зацеплением и трением машин общего назначения.
При этом подробно рассмотрены операции по выбору материалов передач и допускаемых напряжений, определению геометрических параметров передач, сил в зацеплении. Пособие написано в соответствии с принятой классификациией деталей машин. Приведенные термины, обозначения и расчёты передач машин соответствуют действующим стандартам.
Основные понятия
«Детали машин» – научная дисциплина по теории, расчету и конструированию деталей и сборочных единиц общемашиностроительного применения. В её задачи входит обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и сборочных единиц конструкций.
«Детали машин» стали рассматривать как самостоятельную научную дисциплину во второй половине позапрошлого века.
Первый в России курс «Детали машин» был создан в 1881 г. В.Л. Кирпичевым (1845–1913).
Большой вклад в развитие науки в дальнейшем внесли П.К. Худяков (1857–1936), А.И. Сидоров (1866–1931), М.А. Саверин (1891–1952), Д.Н. Решетов и др.
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
Ориентирование на нормальные условия эксплуатации.
Поиск оптимального конструктивного решения.
Выполнение условия равнопрочности.
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.
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 это 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.