1. Классификация деталей и узлов машин. Основные направления в развитии конструкции машин.

Деталь – это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций (вал, гайка, шкив, винт и т.д.).250

Комплексы совместно работающих деталей, представляющие собой конструктивно – обособленные единицы и обычно объединённые общим назначением, называются узлами или сборочными единицами.

Детали машин делят на следующее части:

1)Группа соединений (неразъёмные: клёпаные, сварочные, паяные; разъёмные: с помощью винтов, шпонок, клиньев и т. п.);

2)Передаточные механизмы (передачи: зацеплением, трением; валы и муфты);

3)Детали, обслуживающие вращательное движение (оси, валы, шейки, пяты, муфты и т.д.);

4)Шарнирно – рычажные и кулачковые механизмы (кривошипы, ползуны, шатуны, коромысла, направляющие, кулиса; кулачки, эксцентрики, ролики.

5)Упругие элементы: пружины или рессоры;

6)Маховики, грузы, бабы, шаботы;

7)Устройства для защиты от загрязнения и для смазывания;

8)Детали и механизмы управления.

Целевая установка курса заключается в том, чтобы исходя из заданной работы деталей и узлов машин дать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности, а также технических условий изготовления.

Основные направления в развитии конструкции машин:

Замена механизмов с возвратно-поступательным движением механизмами с равномерным вращательным движением. Примеры замены: паровая и газовая турбины, заменившие при больших мощностях и скоростях поршневые двигатели; центробежные, зубчатые и лопастные насосы, а также турбокомпрессоры, вытесняющие поршневые насосы и компрессоры; станки вращательного движения, заменившие станки ударного действия, и т.д.

Применение узловых конструкций:

- разделение машин на части

- агрегатные конструкции

- блочные конструкции

Разделение на узлы «агрегаты – блоки» дает следующие преимущества:

При компоновке машины из самостоятельных узлов разработка различных конструкторских вариантов или модификаций, их испытание, а затем и внедрение в производство могут каждый раз ограничиваться одним узлом, не затрагивая остальных – облегчает процесс модернизации машин.

Любая конструкция позволяет на базе небольшого числа агрегатов или блоков создавать машины различного типа.

Узловая конструкция сокращает цикл сборочных работ, т.к. все узлы можно собирать и испытывать одновременно и готовыми подавать на общий монтаж.

Узловая конструкция облегчает ремонт машин, который может быть сведен к замене одних узлов другими – новыми или отремонтированными.

Применение различных типов приводов.

Снижение веса машин при улучшении их качества. Это важно в 2-х направлениях:

Вес машины вместе с коэффициентом использования металла определяет вес металла пошедшего на изготовление машины;

Вес транспортных машин определяет транспортные расходы.

2. Виды нагрузок, действующие на детали машин.

Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.

Нагрузки на детали машин делятся на:

номинальные

расчетные

Расчетная нагрузка Ррасч определяется произведением номинальной нагрузки и коэффициента нагрузки К:

К учитывает динамичность нагрузки и некоторые другие факторы.

По характеру действия нагрузки делят на:

с татические – длительно действующие на деталь, но постоянно и медленно изменяющиеся в период снятия и приложения нагрузки.

повторные или переменные установившегося и неустановившегося режимов.

нагрузки малой продолжительности или ударные с коротким циклом изменения напряжения.

Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянная, неподвижная в пространстве нагрузка вызывает во вращающихся деталях (валах, осях, зубьях зубчатых колёс) переменные напряжения. Однако некоторые детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчёте можно принимать за постоянные. К таким деталям могут быть отнесены детали с большими нагрузками от силы тяжести (в транспортных и подъёмно – транспортных машинах), детали с большой начальной затяжкой (заклёпки, часть крепёжных винтов и пружин) и детали с малым общим числом плавных нагружений.

Переменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений (отнулевым, знакопеременным симметричным и ассиметричным знакопостоянным или знакопеременным циклами).

Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существенные ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах. Удары также бывают связаны с работой механизмов(переключением зубчатых колёс и кулачковых муфт на ходу, использованием упоров и т.д.), с погрешностями изготовления и увеличенными зазорами в сопряжениях. Очень опасны удары при авариях. Основная характеристика сопротивления удару – ударная вязкость.

Статическим нагрузкам соответствуют статические напряжения, неизменяющиеся в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению: заклепки, часть крепежных винтов и пружин, элементы котлов и резервуаров.

Переменным нагрузкам соответствуют переменные напряжения, которые характеризуются циклом изменения напряжения.

В деталях машин возникают следующие циклы:

1) Пульсационный или отнулевой цикл, при котором напряжения изменяются от 0 до max и обратно до нуля (зубья зубчатых колес, работающих в одну сторону, штоки, толкатели и шатуны тихоходных машин, малонагруженные при обратном ходе).

Вычислим некоторые параметры этого цикла:

среднее напряжение цикла:

амплитуда:

коэффициент симметрии:

Растяжение – со знаком «+», сжатие – с «–», кручение – «+» или «–» выбирается условно в зависимости от выбранного напряжения.

2) Знакопеременный симметричный цикл, при котором напряжения изменяются от отрицательного до такого же по абсолютной величине положительного значения (значение изгиба при вращающихся валах).

Симметричный цикл:

Параметры:

среднее напряжение

амплитуда

коэффициент симметрии

σ-1; τ-1 – пределы выносливости при симметричном цикле.

3) Знакопостоянный (винты и пружины) или знакопеременный (большинство деталей); ассиметричные циклы – наиболее общее понятие.

Ассиметричные циклы – частные случаи динамических переменных нагрузок. При расчетах ударные нагрузки приводятся к статическим через коэффициент динамичности.