История развития дисциплины «Детали машин»

Все основные рабочие процессы осуществляются машинами или с применением средств механизации. Современные машины многократно повышают производительность труда человека и решают задачи, порой непосильные человеку. Мощность энергетических машин достигает миллионов киловатт, скорости самолетов достигают и превышают скорость звука, мощные вычислительные машины делают миллионы и сотни миллионов операций в секунду, достигнута возможность Перемещения в космическом пространстве.

Детали машин – это составные части машин*.

* В узком понимании термина – это детали, изготовляемые без сборочных операций.

Дисциплина «Детали машин» охватывает изучение и расчеты отдельных деталей, их комплексы – узлы или сборочные единицы, объединенные общими сборочными операциями и назначением. В курсе рассматриваются некоторые общие вопросы конструирования машин.

Конструирование – это творческий процесс создания оптимального варианта машины в документах (главным образом в чертежах) на основе теоретических расчетов, конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта.

Детали машин делятся на детали общемашиностроительного применения, составляющие большинство, и специфические – для отдельных машин (например, механизм управления крылом самолета, грузозахватные устройства подъемно-транспортных машин). В курсе рассматриваются детали первой группы.

Детали классифицируют по назначению: соединения, передачи, подшипники, муфты, смазочные и уплотнительные устройства, упругие элементы и корпусные детали.

История использования деталей машин начинается с глубокой древности. Известно применение пружин в луках для метания стрел, лучкового возвратно-вращательного привода для добывания огня, катков для перемещения тяжестей.

Существенная часть простых деталей машин: металлические цапфы, примитивные зубчатые колеса, винты, кривошипы, полиспасты были известны до Архимеда. Эпоха Возрождения была в значительной степени ознаменована работами Леонардо да Винчи. Он создал новые механизмы: зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, шарнирные цепи, подшипники качения. Уже тогда применяли канатные и ременные передачи, грузовые винты, шарнирные муфты.

Эвольвентное зубчатое зацепление было предложено Л. Эйлером в середине XVIII в., но широкое применение этих зубчатых передач началось в конце XVIII в. с освоения эффективного изготовления их методом обката.

Первые патенты на шарикоподшипники были выданы в Англии в 1772 и 1778 гг., но централизованное производство началось в Германии в 1883 г., в США в 1889 г.

Важным российским вкладом в создание механических конструкций является разработка дуговой электрической сварки Бенардосом (1882 г.) и Славяновым (1888 г.). Существенный вклад отечественных ученых в разработку передачи зацеплением внес М.Л. Новиков (круговинтовые передачи).

Смазочные материалы

Для уменьшения трения и изнашивания, охлаждения и очистки от продуктов износа подшипники скольжения смазывают материалами, которые должны быть маслянистыми и вязкими.

Маслянистость характеризует способность смазочного материала образовывать на поверхности трения устойчивые тонкие пленки, предотвращающие непосредственный контакт поверхностей.

Вязкость характеризует объемное свойство смазочного материала оказывать сопротивление относительному перемещению его слоев.

Смазочные материалы могут быть: жидкие (масла), пластичные (мази), твердые (порошки, покрытия) и газообразные (газы).

Масла являются основным смазочным материалом. Имеют низкий коэффициент внутреннего трения, хорошо очищают и охлаждают рабочие поверхности, их легко подводить к местам смазывания, но требуются уплотняющие устройства, препятствующие вытеканию масла.

Масла бывают минеральные и органические.

Минеральные масла – продукты перегонки нефти – наиболее часто применяют для подшипников скольжения. К ним относят масла индустриальные (марок И-Л-А-22, И-Г-А-46), моторные и др.

Органические масла – растительные (льняное и др.) и животные (костное и др.) – обладают высокими смазывающими свойствами, но дороги и дефицитны. Их применяют редко.

Вязкость является важнейшим свойством масел. В гидродинамических расчетах используют динамическую вязкость , измеряемую в Пас. В технических характеристиках масел указывают кинематическую вязкость  в мм²/с, равную динамической вязкости, деленной на плотность  (для индустриальных масел  = 890 кг/м³).

Значения вязкости приводят для температур, близких к рабочим, чаще всего при 50 и 100° С. Вязкость существенно понижается с ростом температуры.

Воду как смазочный материал применяют для подшипников с вкладышами из дерева, резины и пластмасс. Во избежание коррозии вал выполняют с покрытием или из нержавеющей стали.

Пластичные смазочные материалы (мази) изготовляют загущением жидких минеральных масел мылами жирных кислот или углеводородами. В зависимости от загустителя пластичные смазочные материалы делят на солидолы, консталины и др. Они хорошо заполняют зазоры, герметизируя узлы трения. Вязкость их мало меняется с изменением температуры. Применяют в подшипниках, работающих при ударных нагрузках и малых скоростях.

Твердые смазочные материалы – графит, дисульфид молибдена и др. – применяют в машинах, когда по условиям производства нельзя или нецелесообразно применять масла или мази (ткацкие станки, пищевые машины и др.).

Газообразные смазочные материалы – воздух, пары углеводородов и др. – применяют в малонагруженных подшипниках при очень высоких частотах вращения – до 250 тыс. об/мин (электро- и пневмошпиндели, центрифуги).