Реферат: Конструирование машин

Министерство образования и науки Украины

Запорожский национальный технический университет

Реферат

По теме

«Конструирование машин»

Выполнил студент группы М-118 Кухтарева А.Ю.

Проверил Вишнепольский Е.В.

Содержание

1.

Введение.

2.

Стадии разработкиконструкторской документации.

3.

Требования к конструкторскимкаталогам.

4.

Общая структура конструкторскихкаталогов.

5.

Машиностроительныематериалы.

6.

Список литературы.

Введение

Из истории технической эволюции мы знаем, что освоение некоторыхсубстанций приводило к скачкам в развитии техники, т. е. к техническим революциям.Действительно, всякий раз, когда техника овладевала веществом, энергией илиинформацией на новом уровне, происходило скачкообразное увеличение ееэффективности — появлялась возможность переложить на машины те видыдеятельности, которыми прежде вынужден был заниматься человек

Конструирование машин — творческий процесс сосвойственными ему закономерностями построения и развития. Основные особенностиэтого процесса состоят в многовариантности решения, необходимости согласованияпринимаемых решений с общими и специфическими требованиями, предъявляемыми кконструкциям, а также с требованиями соответствующих ГОСТов, регламентирующихтермины, определения, условные обозначения, систему измерений, методы расчета ит. п.

Детали, узлы, машиныизготовляют по чертежам, выполненным на основе проектов — совокупностирасчетов, графических материалов и пояснений к ним, предназначенных дляобоснования и определения параметров конструкции (кинематических, динамических,геометрических и др.), ее производительности, экономической эффективности. Дляособо ответственных конструкций проект дополняют макетом или действующеймоделью.

Стадииразработки конструкторской документациии этапы работ установлены ГОСТ 2.103-68. Он обобщает опыт, накопленныйв передовых странах по проектированию машин, приборов и аппаратов.

Учитывая характер формулировки задачи и точку входа в рабочий план, мыможем выделить следующие разновидности конструирования.

Первая стадия — разработкатехнического задания — документа, содержащего наименование, основноеназначение, технические требования, показатели качества, экономическиепоказатели и специальные требования заказчика к изделию.

Техническое заданиеразрабатывают на основе требований заказчика с учетом достижений и техническогоуровня отечественных и зарубежных конструкций, патентного поиска, а такжерезультатов научно-исследовательских работ и научного прогноза.

Вторая стадия — разработкатехнического предложения — совокупности конструкторских документов, обосновывающихтехническую и технико-экономическую целесообразность разработки изделия наоснове предложений в техническом задании, рассмотрения вариантов возможныхрешений с учетом достижений науки и техники в стране и за рубежом, патентныхматериалов, возможностей машиностроительных заводов отрасли и смежных отраслей.Техническое предложение утверждается заказчиком и генеральным подрядчиком.

Третья стадия — разработкаэскизного проекта — совокупности конструкторских документов, содержащихпринципиальные конструкторские решения и разработки общих видов чертежей,дающих представление об устройстве разрабатываемого изделия, принципе егодействия, габаритах и основных параметрах. Сюда входит пояснительная записка снеобходимыми расчетами.

Четвертая стадия — разработкатехнического проекта — совокупности конструкторских документов, содержащихокончательное решение и дающих полное представление об устройстве изделия.Чертежи проекта состоят из общих видов и сборочных чертежей узлов, полученных сучетом достижений науки и техники на уровне работы узлов. На этой стадиирассматриваются вопросы надежности узлов, соответствие требованиям техникибезопасности, условиям хранения и транспортирования и т. д.

Пятая стадия — разработкарабочей документации — совокупности документов, содержащих чертежи общих видов,узлов и деталей, оформленных так, чтобы по ним можно было изготовлять изделия иконтролировать их производство и эксплуатацию. На этой стадии разрабатываютсяконструкции деталей, оптимальные по показателям надежности, технологичности иэкономичности.

Подразделение процесса конструирования на различные фазы и этапысущественно облегчав' работу на отдельных этапах, но при этом обнаруживаетотчетливо видимые разрывы, преодоление которых требует использования более илименее произвольных сопоставлений. Совокупность этих сопоставлений, кромевозможности образования вариантов, создает также мысленное пространствообъектов конструирования, по которому проходит много путей, ведущих к различнымрешениям одной и той же задачи. Можно, конечно, пытаться: действовать в этомпространстве, руководствуясь механически выполняемыми правилами (алгоритмами),однако гораздо полезнее здесь подборки испытанных решений для отдельных частныхфункций, например конструкторские каталоги.

Требованияк конструкторским каталогам

Чтобы конструкторские каталоги были свободны от произвольности,характерной для неформальных подборок решений, имели широкий спектрприменимости, а также сочетались с новыми методами конструирования, они должныотвечать следующим требованиям:

обеспечивать быструю выборку информации в удобной форме и удовлетворятьзапросы широкого круга пользователей;

хорошо вписываться в процесс конструирования;

не содержать противоречий как внутри одного каталога, так и междуразличными каталогами;

согласовываться с положениями и процедурами методическогоконструирования;

обладать максимальной полнотой в соответствующей области;

обеспечивать возможность расширения и изменения содержания принеизменных принципах организации материала и содержать сведения об этихпринципах.

И полезность таких каталогов, и трудоемкость их составления вполнеочевидны. Так, стремление к максимальной полноте требует особенно безупречной,верифицируемой терминологической структуры классификационных принципов.

Как подборки решений, так и конструкторские каталоги можно с большойпользой применять при конструировании — они часто аккумулируют сведения измногих, в том числе малодоступных, источников информации, способствуютрационализации конструирования и, наконец, часто побуждают конструктора кпоиску нетривиальных решений. Кроме того, они облегчают синтез конструкций,который, no-существу, есть не что иное, как составление общего решения измалого числа оригинальных и большого числа известных частных решений. Чемэлементарнее уровень этих решений, тем скорее они окажутся уже известными втехнике, и тем меньше их вероятное общее число. Тем самым появляетсявозможность собрать постоянно встречающиеся элементарные решения, чтобыединообразно и максимально полно описать их в хорошо обозримой форме вкаталоге. Каждое из этих элементарных решений будет представлять целоесемейство родственных вариантов, подобно тому, как исходный профиль рейкипредставляет все зубчатые колеса с числом зубьев от -∞ до +∞

Элементарные решения, в нашем смысле, — это не что иное, как различныеварианты реализации основных переходов — от функционального положения кидеальным функциям, от идеальных функций — к эффектам, от эффектов — кструктурным элементам — носителям эффектов, от структурных элементов — кконтурным (геометрическим) элементам (т. е. деталям или группам деталей), и,наконец, от деталей — к определенным способам их изготовления

Широкое использование ЭВМ навсех стадиях проектирования необходимо, чтобы избавить конструктора отвыполнения трудоемких расчетов, многофакторного анализа и большого объемаграфических работ.

При конструировании необходимо заботиться о технической эстетике. Междупонятиями красота в инженерном смысле и рациональность конструкции имеетсясвязь.

Рациональные конструкции кажутся красивыми, и красивые конструкцииоказываются рациональными.

Расчеты деталей машин при конструировании. Для предварительногоопределения размеров деталей применяют упрощенные условные расчеты, например,по номинальным напряжениям, позволяющие в удобной форме обобщать опытконструирования. Эти же расчеты применяют, в качестве основных, длямалоответственных деталей.

В качестве окончательных, применяют расчеты по критериямработоспособности и надежности, достаточно точно отражающим физические явления,возникающие при работе машины.

Общая структура конструкторских каталогов

Ясно, что применять конструкторские каталоги гораздо легче, если ихструктура единообразна и соответствующая терминология точна. Особенно хороши вэтом отношении «одномерные» и «двумерные» каталоги.Группировка содержания каталога соответствует в первом случае одномерной, а вовтором — двумерной классификации.

Машиностроительные материалы.

Выбор материала итермообработки деталей машин определяется конструктивными соображениями(обеспечение надежности), технологическими (единичное, серийное, массовоепроизводство) и экономическими.

Для изготовления деталеймашин широко применяют стали и чугуны, а также алюминиевые, магниевые,титановые и медные сплавы.

— С Т А Л И -

Сталями называютжелезоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2%. По сравнению с другимиматериалами стали имеют высокую прочность, пластичность, хорошо обрабатываютсятермически, химико-термически и механически.

Общая характеристика. Взависимости от содержания углерода стали подразделяют на низкоуглеродистые (С≤ 0,25 %), среднеуглеродистые (С = 0,25 ÷ 0,6%) ивысокоуглеродистые (С>0,6%). С увеличением содержания углерода возрастаетпрочность и снижается пластичность. В обозначении марки стали среднеесодержание углерода в сотых долях процента показывают первые две цифры(например, сталь 45 содержит 0,45% углерода).

Для улучшения свойств(механических, коррозионных, тепловых и др.) сталей применяют легирующиеприсадки (в скобках указаны буквенные обозначения присадок в марке стали):вольфрам - (В)

марганец - (Г)

медь - (Д)

молибден - (М)

никель - (Н)

бор - (Р)

кремний - (С)

титан - (Т)

хром - (X)

ванадий - (Ф)

алюминий - (Ю)

Процентное содержание встали легирующих присадок указывают цифрами после буквы (например, сталь12Х2Н4А содержит в среднем 0,12% углерода, 2% хрома и 4% никеля). По способупроизводства углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества истали качественные конструкционные, а легированные стали — на качественные,высококачественные (в конце обозначения марки стали содержится буква А,например, ЗОХГСА) и особо высококачественные.

Из углеродистых сталейобыкновенного качества для изготовления неответственных деталей (корпусов,крепежа и др.) наиболее часто используют мартеновские стали, обозначаемыебуквами Ст и номерами в порядке возрастания прочности (от СтО до Ст7, начинаясо стали Ст4 номер соответствует 0,1σв min.; σв min. — минимальноезначение предела прочности стали).

Легированные стали дорожеуглеродистых. Они, а также качественные углеродистые стали имеют высокуюпрочность (σв = 800 ÷ 1400 МПа) при массовой плотности ρ = 7,8г/см3 и являются основными материалами для изготовления различных ответственныхдеталей машин (зубчатых колес, валов и т. п.).

Термическая обработка. Дляпридания стали определенных свойств (высокой прочности, пластичности и т. д.)выполняют термическую обработку заготовок или готовых деталей, которая состоитиз трех последовательных стадий: нагрева до требуемой температуры сопределенной скоростью, выдержки при этой температуре в течение требуемоговремени и охлаждения с заданной скоростью.

Наиболее распространенычетыре процесса термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг, характеризуемыймедленным охлаждением (вместе с печью или на воздухе) после нагрева и выдержкипри некоторой температуре деталей и заготовок, проводят для снижения твердостии улучшения обрабатываемости резанием отливок, проката и поковок изуглеродистых легированных сталей, а также для снятия остаточных напряжений вконструкциях после сварки или предварительной (черновой) обработки резанием.Для углеродистых и углеродистых легированных сталей проводят полный отжиг —нагрев до температуры, превышающей на 30-50 °С температуру превращенияобъемно-центрированной решетки железа в гранецентрированную кубическую решетку(обычно 800-900 °С), выдержку при этой температуре, медленное охлаждение до 400-600°С вместе с печью и далее на воздухе. Для низкоуглеродистых высоколегированныхсталей 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и др., используемых для изготовления зубчатых колес,применяют низкотемпературный (высокий) отжиг при температуре 650 — 670 °С имедленное охлаждение (чаще всего на воздухе). Используют и другие виды отжига,которые отличаются от высокого отжига температурой нагрева и скоростьюохлаждения.

Нормализация отличается отполного отжига характером охлаждения, которое после выдержки производят навоздухе. Ее применяют для получения однородной структуры с более высокойтвердостью и прочностью, чем после отжига, для исправления структуры сварныхшвов, выравнивания структурной неоднородности поковок и отливок, а также дляулучшения обрабатываемости резанием сталей.

Закалка отличается от полногоотжига и нормализации высокой скоростью охлаждения заготовок или деталей посленагрева до температуры превращения и выдержки при этой температуре. Высокаяскорость охлаждения достигается за счет использования в качестве охлаждающейсреды воды, масла, водных растворов солей NaOH, NaCl и др. В результате металлприобретает мелкозернистую однородную структуру с высокой твердостью,прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, но пониженнойпластичностью и более трудной обрабатываемостью резанием.

Закалку широко используютдля обработки отливок, поковок, штамповок и обработанных деталей из средне- ивысокоуглеродистых и легированных сталей для получения высоких эксплуатационныххарактеристик.

Существует рядразновидностей объемной закалки, отличающихся условиями и характером быстрогоохлаждения.

Широко применяютповерхностную закалку — нагрев с большой скоростью поверхностного слоя стальнойдетали (токами высокой частоты, электронным лучом и др.) выше температурыпревращений и последующее быстрое охлаждение с получением мелкозернистойструктуры в поверхностном слое определенной толщины. При поверхностной закалкекоробление (деформация) деталей меньше, чем при объемной.

Поверхностной закалкеподвергают детали машин (зубья колес, кулачки, валы и др.), изготовленные изуглеродистых и низколегированных сталей марок 40, 45, 50, 40Х 40ХН 45Х и др.

Высокая твердость ипрочность поверхностных слоев деталей после поверхностной закалки обеспечиваютим высокую износостойкость и контактную прочность.

Отпуск — нагрев дотемпературы ниже интервала превращений, выдержка и последующее охлаждение дляповышения вязких свойств, уменьшения термических остаточных напряжений иулучшения обрабатываемости резанием. Обычно применяют после закалки(нормализации) стальных отливок, поковок, проката и механически обработанныхдеталей.

В зависимости от температурынагрева различают высокий отпуск (температура нагрева 500-670 °С), среднийотпуск (250-450 °С) и низкий отпуск (140-230 °С). С увеличением температурынагрева повышается пластичность стали после отпуска.

Химико-термическая обработка.При химико-термической обработке изменяется химический состав поверхностныхслоев деталей, что позволяет получить мелкозернистую структуру, высокуютвердость, прочность и износостойкость деталей.

Существует ряд способовтакой обработки: цементация — насыщение поверхностных слоев стали углеродом;азотирование — насыщение азотом; цианирование — одновременное насыщениеуглеродом и азотом; борирование — насыщение бором и др. Глубина насыщенияневелика, обычно 0,2— 1 мм.

Цементации подвергают деталииз низкоуглеродистых легированных сталей 15, 20Х, 12Х2Н4А, 12ХНЗА, 18Х2Н4МА идр. Для изготовления азотируемых деталей обычно используют стали 38Х2МЮА, 38Х2Юи др., а для цианируемых деталей — стали марок 15, 20, 45, 35Х, 40Х и др.

— Ч У Г У Н Ы -

Чугунами называютжелезоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2%. Чугуны имеют высокиелитейные и невысокие пластические свойства в сравнении со сталями.

В зависимости от структурычугуны подразделяют на белые, ковкие и серые.

Белый чугун, обладающийвысокой твердостью и хрупкостью, обрабатывают резанием твердосплавныминструментом. Используют для изготовления тормозных колодок и других деталей,взаимодействующих с абразивом.

Ковкий чугун применяют длядеталей, получаемых литьем, и не обрабатывают давлением из-за низкойпластичности. Он имеет высокую прочность (σв = 300 ÷ 630 МПа).

Серый чугун является основнымлитейным материалом в машиностроении. Его используют для изготовления деталейсложной конфигурации при отсутствии жестких требований к габаритам и массе(зубчатые колеса, валы, детали корпусов, шкивы ременных передач и т. д.). Имеетвысокие литейные свойства, среднюю прочность (σв < 400 МПа),удовлетворительную износостойкость, высокую демпфирующую способность, хорошообрабатывается резанием.

Серый чугун обозначаетсябуквами СЧ и двухзначной цифрой, показывающей деленные приблизительно на 10значения предела прочности при растяжении в МПа (например, СЧ 15 означает серыйчугун с пределом прочности при растяжении 150 МПа).

Наибольшее применение имеютчугуны СЧ15 и СЧ20, используемые для получения отливок средней прочности, ихмассовая плотность ρ = 7 г/см3.

— М Е Д Н Ы Е С П Л А В Ы -

Медные сплавы разделяют налатуни и бронзы.

Латуни подразделяют, в своюочередь, на двойные (сплавы меди и цинка) и многокомпонентные (содержатдополнительно свинец, кремний, марганец и др.).

Латуни имеют хорошиетехнологические свойства (обрабатываются давлением, резанием, литьем),достаточную прочность (σв = 250 ÷ 350 МПа), хорошее сопротивлениекоррозии. Стоимость латуни в 5 раз и более превышает стоимость качественнойстали.

Латунь в своем обозначениисодержит букву Л, например, Л59, Л62, Л90 и др.

В машиностроении основноеприменение имеют сложные латуни ЛКС80-3-3, ЛМцС58-2-2 и др., используемые вузлах трения, а также для изготовления арматуры и т. д.

Бронзы, кроме основы — меди,содержат компоненты, определяющие их наименование. Различают бронзыоловянистые, свинцовистые, алюминиевые, бериллиевые и др.

Бронзы имеют высокиеантифрикционные свойства, коррозионную стойкость и технологические свойства(имеются в виду литейные бронзы и бронзы, обрабатываемые давлением —алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др.).

Являясь важнейшим идорогостоящим (примерно в 10 раз дороже стали) антифрикционным материалом,бронзы широко применяют в подшипниках скольжения, в червячных и винтовыхколесах и др. Бронзы обозначают буквами Бр, буквами, показывающими наличиеосновных компонентов кроме меди (А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К —кремний, О — олово, Ц — цинк, Ф — фосфор и др.), и цифрами, показывающимисреднее содержание в % соответствующих компонентов. Например, БрАЖ9 — 4 — этообозначение марки бронзы со средним содержанием алюминия 9% и железа 4%.

— Б А Б Б И Т Ы -

Баббиты — сплавы на основеолова, свинца и кальция являются высококачественными хорошо прирабатывающимисяантифрикционными подшипниковыми материалами. Их обозначают буквой Б и цифрой,выражающей содержание в процентах олова, или буквой, показывающейдополнительный компонент.

Очень высокая стоимостьбаббитов (в 20 раз и более превышающая стоимость качественной стали)ограничивает области их использования.

— А Л Ю М И Н И Е В Ы Е С П Л АВ Ы -

Алюминиевые сплавы (литейныеАЛ и деформируемые) имеют плотность ρ = 2,6 ÷ 2,9 г/см3 (почти в 3раза меньшую, чем стали) и удельную прочность, приблизительно равную удельнойпрочности стали.

Основными литейными сплавамиявляются сплавы с кремнием — силумины (АЛ2, АЛ4, АЛ5, АЛ9 и др.), имеющие послезакалки σв = 170 ÷ 250 МПа. Обладая высокими литейными свойствами ихорошей обрабатываемостью резанием, они широко применяются для изготовлениясложных деталей корпусов машин.

Деформируемые сплавы марокАМц, АМг и др. (термически неупрочняемые), а также термически упрочняемыесплавы алюминия с медью и магнием (дуралюмины Д1, Д16 и др.) имеют σв =350 ÷ 430 МПа и используются для изготовления обработкой давлением ирезанием корпусов, трубопроводов, заклепок, сепараторов подшипников и другихдеталей машин (в особенности транспортных).

— М А Г Н И Е В Ы Е С П Л А ВЫ -

Основное применениеблагодаря малой плотности (ρ = 1,8 г/см3) и высоким литейным свойствамимеют литейные сплавы МЛ (МЛЗ, МЛ4, МЛ5 и др.), которые после термообработкидают σв = 200 ÷ 230 МПа, σт = 150 ÷ 180 МПа.

Их применяют дляизготовления деталей корпусов агрегатов.

— Т И Т А Н О В Ы Е С П Л А ВЫ -

Сплавы титана с алюминием имедью и другими присадками (ВТЗ-1, ВТ5, ВТ9, ВТ16, ВТ22 и др.) имеют послетермообработки высокую прочность (σв = 900 ÷ 1300 МПа) и малуюплотность (ρ = 4,5 г/см3), высокую коррозионную стойкость. Их используютдля изготовления корпусов, трубопроводов, крепежных деталей, заклепок и другихдеталей изделий авиационно-космической техники, судостроения, химической ипищевой промышленности.

— П Л А С Т М А С С Ы -

Это материалы на основевысокомолекулярных органических соединений (смол), являющихся связующими. Ониимеют 40 — 70% «несущих» компонентов (наполнителя) в виде волокон (текстильных,стеклянных, асбестовых), ткани, бумаги, муки (древесной, минеральной) и др.Благодаря малой плотности (ρ = 1,1 ÷ 2,3 г/см3), высокойкоррозионной стойкости и сравнительно высокой прочности (σв = 60 ÷300 МПа) пластмассы применяют (часто взамен металлов) для изготовлениякорпусов, червячных колес и т. д.

К числу наиболеераспространенных материалов относятся:

а) термореактивные слоистыепластмассы: текстолит (наполнитель — хлопчатобумажная ткань), гетинакс(наполнитель — листы бумаги), асботекстолит, стеклопластики и древопластики;

б) термореактивныепластмассы (волокнит, фенопласт и др.), используемые для изготовленияпрессованием рукояток, шкивов, ступиц колес и других деталей изделий бытовойтехники;

в) термопластичныепластмассы (органическое стекло — плексиглас, винипласт, фторопласт и др.)используются для изготовления стекол, труб, защитных пленок и др.;

г) полиамиды (капрон, найлони др.) применяют для формовки деталей сложной конфигурации (ремни, зубчатыеколеса и др.).

— Р Е З И Н А -

Материал на основенатурального или искусственного каучука имеет высокую упругую податливость(малую жесткость), хорошо гасит колебания, сопротивляется истиранию и т. д.

В зависимости от назначениярезина изготовляется мягкой (для шин), пористой (для амортизаторов) и жесткой(эбонит — для изготовления электротехнических изделий).

Для повышения несущейспособности резинотехнических изделий их «армируют» текстильными или стальнымиэлементами (тканью, шнурами, лентой). Такую резину используют для изготовленияавтопокрышек, ремней, рукавов и др.

Список литературы

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.