Какие основные требования предъявляются к машинам и их деталям

Требования к машинам и деталям

К большинству машин предъявляются следующие требования:

высокая производительность;экономичность производства и эксплуатации; технологичность;равномерность хода;высокий кпд;

точность работы; компактность, надежность и долговечность;

удобство и безопасность обслуживания;транспортабельность;

соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики, современный дизайн.

Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, облегчает ремонт машин.

Одним из главных требований, предъявляемых к деталям, является

технологичность, которая значительно влияет на их стоимость.

Следует предусматривать максимально возможное применение стандартных узлов и деталей. Существенными показателями технологичности конструкции являются ее материалоемкость, трудоемкость изготовления и себестоимость. Технологичной считают такую конструкцию, для которой характерны минималь-ные затраты при производстве и эксплуатации.

Основные критерии работоспособности деталей и узлов машин.

Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции в пределах технических требований.

Основные критерии работоспособности оценивают:

— прочностью – способность сопротивляться разрушению;

— жесткостью – способность сопротивляться изменению формы и размеров ( или допускать изменение в установленных пределах);

— износостойкостью – способность сохранять необходимые размеры в течение заданного срока;

— теплостойкостью – способность работать в пределах заданных температур;

— вибрационной устойчивостью – способность работать в диапазоне далеком от области резонансов.

Основными машиностроительными материалами являются:

стали – сплав на основе железа с содержанием углерода до 2% и другими элементами. Свойства сталей улучшают легированием, т.е. добавлением в сплав вольфрама

чугун- содержит углерода более 2%(2%-4%), обладает хорошими литейными и антифрикционными свойствами(малый коэффициент трения)

цветные сплавы- сплавы на основе меди(латуни и бронзы), алюминия(силумины, дуралюмины), магния и мягких металлов

неметаллические материалы – пластмассы, древесные, резиновые, текстильные и другие.

В современных машинах используют:

композиционные материалы – это композиции из тонких высокопрочных волокон(углерода, бора, стекла) и пластичной основы(матрицы) – металлической, керамической или полимерной. Такое строение материалов обеспечивает высокую надежность при переменном напряжении.

порошковые материалы – получают прессованием и последующим спеканием в пресформах из смесей металлических и неметаллических порошков. Этим материалом можно придать особые свойства, которые не могут быть получены традиционными способами: высокую твердость, пористость, антифрикционность.

Механизмы

Механизмы – устройства, служащие для преобразования видов движения:

— вращательное в возвратно-поступательное (рычажные),

— вращательное в заданный закон движения (кулачковые),

— механизмы прерывистого действия (мальтийские, храповые).

В курсе «Детали машин» рассматриваются следующие виды механизмов:

— по расположению звеньев в пространстве: плоские, пространственные;

— по форме, конструктивному исполнению и движению звена:

рычажные, кулачковые, мальтийские, храповые.

Рычажный механизм

Рычажный механизм – это механизм, образованный звеньями, выполненными в виде стержневых конструкций-рычагов.

Рычажные механизмы предназначены для преобразования вращательного движения входного звена в возвратно-поступательное движение выходного звена и наоборот.

Могут передавать большие усилия и мощности.

Рычажные механизмы широко распространены в машинах практически всех видов.

Используются в качестве основных технологических устройств. Однако воспроизведение требуемого закона движения такими механизмами весьма ограничено.

Кулачковый механизм

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного движения ведущего звена (кулачка) в заведомо заданный закон возвратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя).

С помощью кулачкового механизма получается заданный закон движения толкателя с временными остановками при непрерывном движении ведущего звена.

Кулачковый механизм состоит из тела криволинейной формы, характер движения которого определяет движение всего механизма. Придавая профилям кулачка(1) и толкателя (2) соответствующие очертания всегда можно осуществить любой желательный закон движения толкателя.

Основное преимущество заключается в том, что, не изменяя количества звеньев, можно воспроизвести любой закон движения за счёт изменения профиля кулачка.

Недостатки кулачковых пар:

— основным из них является то, что расчет профиля поверхности ведущего звена представляет собой достаточно сложную задачу, да и его изготовление — тоже,

— наличие высшей кинематической пары и, как следствие, ограниченная долговечность, сложность изготовления, высокая стоимость.

— относительно малая нагрузочная способность, вследствие трения скольжения кулачка и толкателя по линии, а также из-за значительных боковых усилий на толкатель при резких перемещениях.

Храповой механизм

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками.

Проще говоря, храповик позволяет оси вращаться в одном направлении и не позволяет вращаться в другом. Данные механизмы работают с ударами и толчками.

Источник

Лекция Основные требования к конструкции деталей машин

Код роботи: 1210

Вид роботи: Лекція

Предмет: Механіка

Тема: Основные требования к конструкции деталей машин

Кількість сторінок: 6

Дата виконання: 2016

Мова написання: російська

Ціна: безкоштовно

К деталям машин и механизмов предъявляют следующие основные требования: работоспособности; надежности; технологичности и экономичности.

Работоспособность — состояние деталей, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. п.).

Надежность является общей проблемой для всех отраслей машиностроения и приборостроения. Любая современная машина или прибор, какими бы высокими характеристиками они ни обладали, будут обесценены при ненадежной работе.

Надежность изделия зависит от необходимой наработки, которая может исчисляться в часах работы станка, налета самолета и т. д., в километрах пробега автомобиля, гектарах обработанной земли для сельскохозяйственной машины и т. д.

Таким образом, надежность зависит от всех этапов создания и эксплуатации изделий. Ошибки проектирования, погрешности в производстве, упаковке, транспортировке и эксплуатации изделия сказываются на его надежности.

Технологичность. Технологичными называют изделия, требующие минимальных затрат средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте.

Конструкции деталей машин должны характеризоваться также высокой преемственностью и высоким уровнем стандартизации и унификации конструкционных элементов, материалов, расчетов и технологий, возможностью «сращивания» систем автоматизированного проектирования и производства и др.

Экономичность. При оценке экономичности учитывают затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Экономичность изделий достигается за счет снижения материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости производства, за счет максимального коэффициента полезного действия в эксплуатации при высокой надежности; высокой специализацией производства и т. д.

Выполнение указанных требований обеспечивается при разработке деталей и совершенствования машин в процессе эксплуатации.

Виды повреждений деталей машин

Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин в эксплуатации позволяют выделить пять основных видов разрушения материалов деталей, которые имеют свои подвиды:

1) деформация (всей детали или ее элемента, остаточная деформация поверхности детали, контактные усталостные повреждения) и изломы (хрупкий излом, вязкий излом, усталостный излом);

2) механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ, питтингование);

3) эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эрозия);

4) коррозионные повреждения (атмосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая коррозия);

5) коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость, коррозионное растрескивание, коррозия при трении).

Рассмотрим характерные черты основных разновидностей разрушения материала деталей машин.

Деформация и изломы возникают при чрезмерном увеличении напряжений в материале детали, превосходящих предел текучести или предел прочности. Остаточная деформация приводит к изменению размеров и конфигурации детали либо к аварийному разделению детали на части (излом) с полной утратой работоспособности.

Изломом называют полное разрушение материала детали, приводящее к ее расчленению (при растяжении, сжатии, изгибе, кручении или сложном напряженном состоянии). Изломы разделяют по характеру нагружения (статический, усталостный) и по особенностям строения (хрупкий, вязкий).

Механический износ проявляется в результате взаимодействия трущихся пар. В зависимости от природы трущихся тел и условий их взаимодействия различают износ при истирании металлических пар при трении качения или скольжения и абразивный износ.

Коррозия. Обязательным условием для возникновения коррозии металла является наличие контакта между деталью и коррозионной средой. По характеру коррозионных сред коррозия металлов разделяется на атмосферную, газовую и коррозию в электролитах.

Коррозионно-механические повреждения возникают при одновременном действии коррозии и механических факторов (деформаций, напряжений, истирания). В зависимости от условий механических воздействий различают повреждения металла при коррозионной усталости, коррозионном растрескивании, а также при трении.

Кавитационно-эрозионные повреждения образуются при взаимодействии с жидкостью или газом, которые с большой скоростью омывают металлическую поверхность. Различают газовую эрозию, жидкостную эрозию и кавитацию.

При высоких температурах наблюдается явление ползучести, которое заключается в том, что металл медленно и непрерывно пластически деформируется под действием постоянных нагрузок. Величина напряжения, вызывающего разрушения при повышенной температуре, зависит от длительности приложения нагрузки. Прочность материала при высокой температуре характеризуется длительной прочностью, определяемой напряжением, вызывающим разрушение при данной длительности нагружения и данной температуре.

Примеры нарушения нормальной работоспособности деталей машин приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наиболее распространенные повреждения деталей машин

Источник

Требования, предъявляемые к машинам и деталям машин

Целевые задачи раздела детали машин.

Основной задачей проектирования является систематизация методов расчета и проектирования деталей и узлов (сборочные единицы), которые обеспечили бы для заданных условий работы выбор наиболее рациональных материалов, форм размеров, степени точности, качества поверхности, тех. условий изготовления и эксплуатации деталей машин и элементов конструкций.

Целью проектирования является подготовка тех. документации включающей: совокупность расчётов, графических материалов и пояснения к ним, предназначенных для обоснования и определения параметров конструкции, её производительности, экономической эффективности.

Стадии разработки конструкторской документации и этапы работ установлены стандартом, который обобщает многолетний опыт проектирования машин, накопленный в передовых странах.

Требования, предъявляемые к машинам и деталям машин.

В соответствии с современными тенденциями развития машинострое­ния к проектируемым машинам предъявляются следующие требования: обеспечить необходимую производительность при высокой надежности, технологичности изготовления, экономичности в изготовлении и эксплуа­тации; малые габариты, металло- и энергоемкость, совершенство и красо­ту внешних форм <эстетичность), удобство и безопасность обслужива­ния (эргономичность).

Надежностью называют свойство изделия выполнять без внеплано­вых ремонтов определенные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Экономичностьхарактеризуется совокупностью затрат на проектиро­вание, изготовление и эксплуатацию изделия. Экономическая целесооб­разность обычно определяется существенным повышением производи­тельности или экономией энергоресурсов, либо увеличением универсаль­ности (возможность использования проектируемого механизма в машинах нового поколения). Экономичность достигается за счет снижения материа­лоемкости, энергоемкости, высокой технологичности изготовления, увели­чения кпд при высокой надежности и других факторов.

Технологичность— основа экономичности конструкции. Технологич­ными называют изделия, обеспечивающие заданные эксплуатационные по­казатели при наименьших затратах времени, труда, материалов и средств на их создание в конкретных условиях производства. Технологичность дос­тигается выбором наиболее рациональных материалов, форм, способа по­лучения заготовки, требуемой точности изготовления, применением в кон­струкции стандартных и унифицированных элементов и другими путями.

Работоспособностью называют состояние машин и механизмов, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с па­раметрами, установленными нормативно-технической документацией (тех­нические условия, стандарты и т. п.). Работоспособность характеризуется определенными условиямипо одному или нескольким, из ко­торых производят расчет.

Важнейшие критерии работоспособности: прочность, жесткость, ус­тойчивость, теплостойкость, износостойкость, виброустойчивость, надежность.

Прочность — способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием приложенных нагрузок. Разрушение частей машины приво­дит не только к отказу всей механической системы, но и к несчастным Случаям. Расчеты на прочность ведут: по допускаемым напряжениям: по коэффициентам запаса прочности: ; по вероятности безотказной работы: P(t) > [Р(t)].

Жесткость — способность деталей сопротивляться изменению фор­мы и размеров под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых в конкрет­ных условиях работы (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы подшипников ухудшаются при больших прогибах валов).

Устойчивость— свойство изделия сохранять первоначальную форму равновесия.

Теплостойкость — способность детали работать при высоких темпе­ратурах. Нагрев деталей вызывается рабочим процессом машин и трением в кинематических парах и может вызвать вредные последствия: понижение прочностных характеристик материала и появление ползучести; изменение физических свойств трущихся поверхностей; ухудшение показателей точ­ности; уменьшение защищающей способности масляных пленок, а следо­вательно, и увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопря­женных деталях, которое может привести к заклиниванию и заеданию.

Износостойкость— свойство деталей сопротивляться изнашива­нию, т. е. процессу постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в кинематических парах, что, в свою очередь, приводит к нарушению точности, появлению дополнительных динамических нагрузок, уменьшению поперечного сече­ния, а следовательно, и к уменьшению прочности, снижению кпд, возрас­танию шума.

Виброустойчивость — способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

Вибрация ухудшает шумовые характеристики механизмов, являющиеся важными экологическими показателями среды обитания человека. Виб­рация оказывает и непосредственное влияние на человека, снижая его функциональные возможности и работоспособность.

4. Износостойкость— свойство деталей сопротивляться изнашива­нию, т. е. процессу постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в кинематических парах, что, в свою очередь, приводит к нарушению точности, появлению! дополнительных динамических нагрузок, уменьшению поперечного сечения, а следовательно, и к уменьшению прочности, снижению кпд, возрастанию шума. При современном уровне техники 85. 90 % машин выходят из строя в результате изнашивания, что вызывает резкое удорожание эксплуатации в связи с необходимостью периодической проверки их со стояния и ремонта. Для многих типов машин затраты на ремонты и тех­ническое обслуживание в связи с изнашиванием значительно превосхо­дят стоимость новой машины.

Расчет деталей на износостойкость заключается либо в определении условий, обеспечивающих жидкостное трение (режим работы, когда со­прикасающиеся поверхности разделены достаточным слоем смазки), либо в обеспечении достаточной долговечности их путем назначения для трущихся поверхностей соответствующих допускаемых давлений.

3. Прочность — способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием приложенных нагрузок. Прочность является главным критерием работоспособности, так как не­прочные детали не могут работать. Разрушение частей машины приво­дит не только к отказу всей механической системы, но и к несчастным случаям. Расчеты на прочность ведут: по допускаемым напряжениям: ; по коэффициентам запаса прочности: s > [s]; no вероятности безотказной работы:P[t)>[Р(t)].

В большинстве случаев нарушением прочности считают возникновение в детали напряжения, равного предельному ( ). Для обеспечения достаточной прочности (запас прочности) необходимо выполнить условия:

В ряде случаев детали работают под нагрузками, вызывающими в поверхностных слоях переменные контактные напряжения , приводящие к усталостному выкрашиванию контактирующих поверхностей. Расчет в этом случае производят из условия выносливости рабочих поверхностей.

5. Теплостойкость— способность детали работать при высоких темпе­ратурах. Нагрев вызывает: изменение прочностных св-в материалов(300-400охрупчивание; 100-150ползучесть); изменение физических св-в материалов; изменение защитных св-в масел(вязкость, маслянность); уменьшение зазоров; уменьшение точности.

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машин, выполняют тепловые расчеты и, при необходимости, вносят соответствующие конструктивные изменения, например принудительное охлажде­ние, увеличение поверхности теплоотдачи и др.

6. Виброустойчивость — способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

Вибрация нарушает планируемые конструктором законы движения ма­шин и систем управления, порождает неустойчивость рабочих процессов, может вызвать отказ и полную расстройку всей системы. Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций (кинематические пары, стыки и др.), в результате чего снижается нагрузочная способ­ность деталей, развиваются усталостные трещины. Вибрация может изме­нить внутреннюю и поверхностную структуру материалов, условия трения и износа на контактирующих поверхностях деталей машин, привести к поте­рям мощности на возбуждение колебаний (до 36 %), к нагреву деталей и к снижению кпд. Особо опасными являются резонансные колебания.

Вибрация ухудшает шумовые характеристики механизмов, являющиеся важными экологическими показателями среды обитания человека. Виб­рация оказывает и непосредственное влияние на человека, снижая его функциональные возможности и работоспособность. Функциональные нарушения могут выражаться в ухудшении зрения, изменении реакции вестибулярного аппарата (нарушение координации движения; возникнове­ние галлюцинаций; быстрая утомляемость и т. п.). Стойкие физиологиче­ские изменения называют виброболезнью, которая является одной из опаснейших профессиональных заболеваний.

Основными направлениями работ, обеспечивающими вибропрочность, виброустойчивость, являются: устранение источников колебаний; создание конструкций такой жесткости, при которой будет отсутствовать опасность возникновения резонанса колебаний, и разработка эффек­тивных средств виброзащиты человека-оператора, управляющего высоко­скоростными транспортными средствами, технологическими машинами и машинами вибрационного действия, в которых резонансные и вибрацион­ные эффекты позволяют высокоэкономично увеличить производитель­ность труда.

7. Надежность,как критерий работоспособности, оценивают вероятно­стью P(t) сохранения работоспособности в течение заданного срока служ­бы (коэффициент надежности):

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведе­нию вероятностей безотказной работы его составляющих.

Клиновые шпонки вследствие их запрессовки создают натяг в радиаль­ном направлении и могут вызвать перекос детали и нарушение соосности. В настоящее время применяются редко.

Большинство типов шпонок стандартизовано, их размеры назначают в зависимости от диаметра вала d.

Основными критериями работоспособности приз­матических ненапряженных шпоночных соединений являются прочность шпонки на срез и прочность со­единения на смятие.

Прочность призматической шпонки на срез

Прочность соединения на смятие:

Допускаемые напряжения на смятие для неподвижных соединений принимают в зависимости от предела текучести:

9. Теория винтовой пары. Классификация резьб. Геометр.параметры.

Источник