Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Дулевич А.Ф. Сурус А.И. Методичка для заочников, Детали машин

.pdf
Скачиваний:
150
Добавлен:
09.03.2016
Размер:
2.97 Mб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с учебными планами курс «Детали машин, основы конструирования и ПТМ отрасли» изучается студентами специальностей 1-36 05 01 «Машины и оборудование лесного комплекса», 1-46 01 01 «Лесоинженерное дело», курс «Детали машин» – студентами специальности 1-46 01 02 «Технологии деревообрабатывающих производств», курс «Детали машин и ПТМ» – студентами специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств».

Данные курсы охватывают теорию, расчет и конструирование деталей и узлов машин, т. е. основы конструирования машин, систему автоматического проектирования (САПР), формируют будущего конструктора как специалиста, овладевшего вычислительной техникой и машинной графикой.

Курсы базируются на общенаучных и общетехнических дисциплинах.

Данное учебно-методическое пособие составлено в полном соответствии с программой курсов.

Цель изучения указанных курсов заключается в том, чтобы, исходя из заданных условий работы деталей и узлов машины, усвоить методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных для них материалов, форм, размеров, степени точности, качество поверхности и технологических условий изготовления. А также предусматривается ознакомление с конструкциями, работой и назначением подъемно-транспортных машин и овладение методами расчета и их конструирования.

Согласно учебным планам перечисленных специальностей, по указанным курсам требуется выполнить одну контрольную работу в одном семестре, а другую – во втором, а также курсовой проект. По завершении курса необходимо сдать экзамен.

Изучение дисциплин целесообразно строить в такой последовательности, в какой изложена программа и даны методические указания. В процессе изучения курсов следует разобраться в чертежах и расчетных формулах, чтобы ясно представить себе сущность изучаемой конструкции или формулы и уметь самостоятельно их воспроизвести, использовать приведенную литературу для более глубокой проработки отдельных вопросов и

3

выполнения контрольных работ и курсового проекта.

1. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Введение. Основы конструирования и расчета деталей машин.

Значение курса в решении задач ускорения социально-экономи- ческого развития страны. Ведущая роль машиностроения среди других отраслей хозяйственной деятельности человека. Основные тенденции развития современного машиностроения. Понятия: машина, комплекс, комплект, узел, механизм, деталь. Основные требования к машинам: технологичность, надежность, экономичность. Пути повышения надежности. Основные критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Виды и режимы нагрузок. Уравнения прочности: на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, смятие, удельное давление, усталостную контактную прочность. Методика расчета деталей машин: по допускаемым напряжениям, по коэффициентам запаса прочности, вероятностный расчет, проектный и проверочные расчеты. Определение допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности.

Конструкционные машиностроительные материалы: стали, чугуны, сплавы цветных металлов, пластмассы, резина, дерево, кожа, графит.

Допуски и посадки. Принципы и методика конструирования. Стадии разработки конструкторской документации. Современные методы оптимального проектирования на основе САПР.

Тема 2. Передачи.

Назначение и роль передач в машинах и приводах. Классификация передач. Кинематические и силовые соотношения в передачах вращательного движения.

Тема 3. Зубчатые передачи.

Классификация. Цилиндрические передачи: прямозубые, косозубые, шевронные и с круговым зубом. Конические передачи, винтовые и гипоидные. Конструктивные особенности, силы и параметры зубчатого зацепления. Расчет зацепления на усталостную контактную и изгибную прочность. Расчет на прочность открытых и закрытых зубчатых передач. Виды разрушения зубьев зубчатых колес. КПД зубчатой передачи и пути его повышения.

Тема 4. Червячные передачи.

4

Классификация. Конструктивные особенности, силы и геометрические параметры зацепления. Выбор материала червяка и червячного колеса. Расчет на усталостную контактную прочность и усталостный изгиб. Расчет червяка на жесткость. КПД червячной передачи и пути его повышения. Тепловой расчет червячной передачи. Глобоидная червячная передача.

Тема 5. Планетарные и волновые передачи. Зацепление Новикова.

Область применения. Конструктивные особенности и параметры зацепления. Особенность расчета на прочность.

Тема 6. Фрикционные передачи и вариаторы.

Виды фрикционных передач и вариаторов, их конструктивные особенности. Кинематические и силовые соотношения в передаче. Расчет фрикционных передач и вариаторов.

Тема 7. Ременные передачи.

Основные виды ременных передач и область их применения: плоскоременная, клиноременная, круглоременная, поликлиноременная, зубчатоременная.

Геометрические, кинематические и силовые соотношения в ременных передачах. Расчет ремней по тяговой способности и на долговечность.

Тема 8. Цепные передачи.

Виды цепных передач и область их применения: втулочные, роликовые и зубчатые. Кинематические и силовые соотношения. Расчет цепных передач.

Тема 9. Передача винт-гайка.

Основные виды передач винт-гайка, конструктивные особенности и область их применения: передачи трением скольжения и трением качения. Материалы и расчет винтов и гаек в передаче трением скольжения.

Тема 10. Валы и оси.

Конструктивные особенности, материалы и термообработка валов и осей. Порядок расчета валов. Расчет на усталость, статическую прочность, жесткость и на критическую угловую скорость. Особенности расчета осей.

Тема 11. Подшипники скольжения.

Конструктивные особенности и материалы, виды трения и критерии расчетов подшипников скольжения.

Тема 12. Подшипники качения.

5

Классификация. Типы подшипников и их характеристики. Расчет подшипников на долговечность, на статическую и динамическую грузоподъемность. Особенность конструирования подшипниковых узлов.

Тема 13. Муфты.

Классификация, область применения и выбор типа муфты. Соединительные и сцепные муфты, их конструктивные особенности. Проверочные расчеты муфт.

Тема 14. Резьбовые соединения.

Классификация резьб и резьбовых соединений. Распределение нагрузки по виткам резьбы. Расчет резьбы на прочность. Расчет резьбовых соединений при различных схемах нагружения.

Тема 15. Соединения. Сварные, паяные и клеевые соединения. Назначение соединений, их классификация. Разъемные, неразъемные соединения. Виды сварных швов и сварных соединений.

Виды сварок.

Расчет сварных соединений при различных схемах нагружения. Определение допускаемых напряжений. Технология выполнения паяных и клеевых соединений и их расчет.

Тема 16. Заклепочные соединения.

Классификация заклепок и заклепочных соединений. Преимущества и недостатки заклепочных соединений в сравнении со сварным, область их применения. Технология выполнения заклепочного соединения. Расчет прочных и прочноплотных соединений.

Тема 17. Соединение деталей с натягом.

Преимущества и недостатки соединений с натягом и область их использования. Способы осуществления соединений с натягом цилиндрических поверхностей. Расчет соединений с натягом.

Тема 18. Штифтовые, шпоночные, шлицевые (зубчатые) и профильные соединения.

Классификация. Конструктивные особенности и область применения. Особенность расчета соединений.

Тема 19. Редукторы.

Назначение, виды, конструктивные особенности редукторов и основные требования к ним. Смазка зацепления и подшипников. Мультипликаторы и коробки перемены передач.

Тема 20. Пружины.

Назначение, классификация и область применения пружин.

6

Основы теории винтовых цилиндрических пружин растяжения, сжатия и кручения. Материалы и допускаемые напряжения пружин. Тарельчатые пружины. Рессоры, их назначение и область применения.

Тема 21. Приводы, станины, корпусные детали, направляющие.

Назначение, виды, конструктивные особенности и основные требования к приводам. Классификация и требования, предъявляемые к рамам привода. Назначение конструкции, материалы и основные требования к станинам, плитам, коробкам.

Тема 22. Смазочные материалы, смазочные устройства. Назначение смазки. Виды смазочных материалов. Способы

смазки, типы и конструкции смазочных устройств, устройства для контроля, подачи, очистки и охлаждения смазки.

Тема 23. Перспективы развития конструкций и расчета деталей машин. Система автоматизированного проектирования.

Основные направления по повышению надежности и долговечности деталей машин, пути понижения их материалоемкости. Использование ЭВМ для проектирования. Система автоматизированного проектирования (САПР).

Тема 24. Подъемно-транспортные машины (ПТМ).

Введение. Роль ПТМ в производственном цикле и их классификация: машины прерывного (циклического) и непрерывного действия.

Тема 25. Общие вопросы проектирования машин циклического действия (грузоподъемные машины).

Классификация. Основные технологические параметры. Режимы работы и расчетные нагрузки. Назначение тормозных устройств, их основные типы и область применения, расчет колодочных, ленточных, дисковых, конусных тормозов, храповых и роликовых оста-новов.

Тема 26. Основные составляющие грузоподъемных машин. Конструктивные особенности, материалы и расчет гибких

органов, полиспастов, блоков, звездочек, барабанов, крюковых подвесок, грузозахватных приспособлений (крюков, грузовых петель, клещевых и эксцентриковых захватов, грейферов, ковшей, электромагнитов).

Тема 27. Основные механизмы грузоподъемных машин. Механизмы подъема груза. Механизмы передвижения крана и

тележки. Механизм изменения вылета стрелы. Механизм поворота

7

крана. Расчет мощности электродвигателя. Устройства, обеспечивающие безопасность работы механизмов, их принцип работы и конструктивные особенности. Требования, предъявляемые к металлоконструкциям грузоподъемных машин.

Тема 28. Транспортирующие машины непрерывного действия с тяговым органом. Ленточные и цепные конвейеры и элеваторы.

Назначение и область применения. Конструктивные особенности и расчет основных элементов: тягового и транспортирующего органа, поддерживающих, направляющих, натяжных, загрузочных и разгрузочных устройств. Определение мощности электродвигателя.

Тема 29. Транспортирующие машины непрерывного действия без тягового органа. Гравитационный, роликовый, винтовой, гидравлический и пневматический конвейеры.

Назначение, принцип работы, классификация и область применения. Конструктивные особенности и расчет основных элементов.

Тема 30. Средства механизации и автоматизации производства. Промышленные роботы.

Значение комплексной механизации и автоматизации. Конструктивные особенности устройств, обслуживающие автоматические линии и гибкие технологические системы: магазины, транспортеры, рольганги, толкатели, поворотные устройства, кантователи, накопители, передаточные тележки, дозаторы, погрузчики, штабелеры и различные приборы и устройства. Роль роботов при организации автоматизированного производства. Характеристики системы управления и основные части роботов. Приводы механизмов роботов.

8

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ РАЗДЕЛОВ КУРСА И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Приступая к изучению курса, необходимо изучить не только основные цели и задачи дисциплины, но и ее связь с фундаментальными, другими общетехническими и специальными дисциплинами.

Тема 1. При изучении этой темы необходимо обратить внимание на основные тенденции развития современного машиностроения: повышение быстроходности и мощности машин, автоматизацию, механизацию технологических процессов и контроля качества. Разобраться, каким образом спроектировать и изготовить машину, чтобы она была прочной, долговечной, возможно дешевой, экономичной в работе и безопасной при обслуживании. Необходимо понять, какова роль при этом «допусков и посадок». Усвоить терминологию и запомнить такие понятия, как номинальные и предельные размеры, отклонения, зазор, натяг, системы отверстия и вала, квалитет и степень точности. Обратить особое внимание на пути повышения надежности и долговечности деталей машин, уменьшение трения и износа в ма-шинах.

Вопросы для самопроверки. 1. Цели и задачи курса, какова его связь с фундаментальными, другими общетехническими и специальными дисциплинами? 2. Почему машиностроение является ведущей отраслью в развитии народного хозяйства страны? 3. Каковы основные тенденции развития современного машиностроения? 4. Что такое технологичность, надежность и экономичность машин? 5. В чем сущность расчетов деталей машин на прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость и виброустойчивость? 6. Какие различают методы определения допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности и в чем их сущность? 7. В зависимости от каких факторов определяют допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности? 8. Характеристики конструкционных материалов: сталь, чугун, сплавы цветных металлов, пластмассы, резина, дерево, кожа, графит. Какие детали из них изготавливаются? 9. Зачем детали машин подвергаются упрочнению? Какие различают виды термической, химикотермической обработки металлов и сплавов? 10. Какими способами достигается механическое упрочнение металлических деталей машин? 11. Что такое стандартизация? Какое значение она имеет в

9

машиностроении? 12. Почему существуют Межгосударственные (ГОСТ), Республиканские (СТБ), отраслевые (ОСТ), стандарты предприятия (СТП), а также другие нормативно-технические документы (НТД) по стандартизации? Область их применения? 13. Что такое «взаимозаменяемость» и ее роль в машиностроении? 14. Зачем вводятся понятия: квалитет, класс и степень точности изготовления и сборки? 15. Что такое номинальный, наибольший и наименьший предельные размеры? 16. Что называется верхним и нижним отклонениями от номинального размера? 17. Что такое посадки с зазором, с натягом и переходные? 18. Что такое система отверстия и система вала? Когда какая применяется? 19. Как обозначают допуски и посадки на чертежах? 20. Какую конструкцию называют технологичной? 21. Какое техническое и экономическое значение имеет технологичность машин, их узлов и деталей? От чего она зависит? Каким образом она достигается? 22. Какими путями достигается снижение стоимости машин при их проектировании, изготовлении и эксплуатации? 23. Каковы основные направления повышения надежности и долговечности деталей машин? 24. Какие стадии включает в себя разработка конструкторской документации? 25. В чем сущность использования САПР?

Тема 2. Необходимо уяснить назначение и роль передач в машиностроении, классификацию передач, кинематические и силовые соотношения для механических передач вращательного движения, определение передаточного числа и коэффициента полезного действия (КПД).

Вопросы для самопроверки. 1.Каково назначение передач? 2. Дайте классификацию механических передач. 3. Как определяется передаточное число и КПД передач? 4. Как изменяется мощность (Р, кВт), угловая скорость (ω, с−1 ) и крутящий момент (Т, Н·м) на ведомом валу по сравнению с ведущим? 5. Чем отличаются передачи, которые увеличивают крутящий момент от передач (мультипликаторы), которые увеличивают угловую скорость?

Тема 3. Необходимо разобраться, в чем отличие прямозубого, косозубого, шевронного цилиндрических, конического, винтового и гипоидного зацеплений, их преимущества, недостатки и область применения. Запомнить терминологию и связь между основными параметрами зубчатого зацепления (модуль, число зубьев и диаметры). Усвоить особенность расчета открытых и закрытых

10

зубчатых передач с прямыми, косыми и шевронными зубьями на усталостную контактную прочность и усталостный изгиб. Обратить внимание на определение сил, действующих в зацеплении, выбор материала и расчет допускаемых напряжений для зубчатых колес. Ознакомиться с конструкциями литых, сварных и кованных зубчатых колес.

Вопросы для самопроверки. 1. Какие различают виды зубчатых передач и где их применяют? 2. Достоинства и недостатки зубчатых передач и область их применения. 3. Что такое шаг и модуль зубьев? Какие модули различают для прямых, косых и шевронных зубьев? 4. Дать определение диаметрам начальной, делительной, основной окружностей, диаметрам вершин и впадин, как для прямозубого, так и косого зуба. Как они находятся? 5. Чем определяется минимальное количество зубьев? 6. Что такое коэффициент смещения при нарезании зубьев и для чего это применяется? 7. Что такое коэффициент торцевого и осевого перекрытия, влияние их на работу зацепления и минимальное числовое значение? 8. Чем ограничивается передаточное число передачи? 9. Какие потери имеются в зубчатой передаче и чему равен ее КПД? 10. Как определяют силы давления на валы со стороны колес в различных видах зубчатых передач? 11. Из какого материала изготавливаются зубчатые колеса и их зубья? 12. Для чего зубья подвергаются термической и химико-термической обработке? 13. Почему твердость зубьев шестерни принимается на 20–60 единиц НВ выше твердости зубьев колеса? 14. Какие различают зубчатые колеса по конструкции? 15. Какие степени точности изготовления зубчатых колес имеют преимущественное распространение и какие из них применяют в передачах общего машиностроения? 16. Методика расчета зубьев на усталостную прочность. 17. Методика расчета зубьев на усталостный изгиб. 18. Чем отличается методика закрытых и открытых зубчатых передач? 19. Какие преимущества и недостатки конической передачи? 20. Сколько модулей в конической передаче и какие из них расчетный и стандартный и почему?

Тема 4. Необходимо усвоить следующие вопросы: устройство червячной передачи, ее достоинства, недостатки и область применения; конструкции червяка и червячного колеса и их материалы, геометрические, кинематические и силовые зависимости червячного зацепления; расчет зубьев червячного колеса на контактную прочность и усталостный изгиб. Расчет вала червяка на

11

жесткость, тепловой расчет червячного зацепления.

Вопросы для самопроверки. 1. Из чего состоит червячная передача и чем она отличается от цилиндрической? 2. Почему используются архимедовы, конволютные и эвольвентные червяки? Какие из них предпочтительнее и почему? 3. Какие преимущества и недостатки червячной передачи? 4. Почему КПД червячной передачи ниже цилиндрической и как его повысить? 5. Чем характеризуется самоторможение червячной передачи? Когда применяется самотормозящая червячная передача? 6. Из какого материала изготавливаются червяки и зубья червячных передач? 7. Чем отличается конструкция червяка и червячного колеса? 8. Чему равно минимальное число зубьев червячного колеса и почему? 9. Какова бывает заходность червяка? 10. Как определяется передаточное число червячной передачи? 11. Дать определения диаметрам делительных окружностей червяка и червячного колеса. Как они находятся? 12. Какие силы действуют в червячном зацеплении? 13. Методика расчета червячного зацепления на контактную прочность и усталостный изгиб. 14. Зачем вал червяка проверяют на жесткость? 15. Почему и как проводится тепловой расчет червячной передачи?

Тема 5. Необходимо разобраться в конструктивных особенностях планетарной, волновой передач и зацепления Новикова, преимуществах, недостатках и областях их применения.

Вопросы для самопроверки. 1. Что такое планетарные передачи и как они устроены? Каковы их достоинства? 2. Почему КПД планетарной передачи ниже цилиндрической передачи? 3. Каким образом планетарную передачу можно использовать как редуктор, коробку переменных передач и дифференциал? 4. Какова особенность расчета на прочность зубчатого зацепления в планетарной передаче? 5. Что представляет собой волновая зубчатая передача и какими особенностями она обладает? 6. Какова особенность расчета на прочность волновой передачи? 7. Что представляет собой зацепление Новикова и какими достоинствами оно обладает? 8. За счет чего повышается нагрузочная способность зацепления Новикова?

Тема 6. Необходимо изучить следующие вопросы: основные виды фрикционных передач; достоинства, недостатки и область их применения; материал катков. Способ создания прижимной силы; расчет передач; фрикционные вариаторы, их основные виды, преимущества, область применения и расчет.

12