Реферат: Вопросы на экзамен по ДМ (детали машин)
Основныепонятия и определения:
1изделия – любой предмет или набор предметов производства изготовляемогопредприятием.
2деталь – изделия изготовленного по наименованию и марки материала безприменения сборочной операции.
3сборочная единица – изделие составные части которого подлежат соединению м/усобой сборочными операциями
4узел – сборочная единица которая может выполнять определённую ф-цию в изделияходного назначения только совместно с другими частями.
5агрегат – сборочная единица обладающая полной взаимозаменяемостью и способнавыполнять определённую функцию в изделии или самостоятельно
6машина – мех устройство предназначена для выполнения полезной работы
Похарактеру машины делятся на три группы
1машины – двигатели; преобразующие тот или иной вид энергии в механическуюработу (ДВС, турбина и т. д.)
2машины – преобразователи (генераторы) преобразующие мех энергию в другой видэнергии (компрессор, турбина).
3 машины орудия (рабочая машина) использующая мех энергиюдля выполнения технологического процесса
Общаяклассификация д.м
Состоит из трёх размеров: 1) соединения 2) механические передачи 3) детали и узлыпередач
соединенияклассиф на разъёмные и неразъемные.
Разъёмные наз соединения допускающие разборку и последующую сборку без нарушенияработоспособности входящих в соединение деталей: резьбовые, шлицевые.
Неразъёмныеназ. соединения не допускающие разборку без повреждения детали или ихэлементов: заклёпочные, соед с натягом.
Классификациямех-их передач
1по принципу передачи движения
а)передачи зацепления: зубчатые, червячные, цепные.
б)передачи трением: фрикционные, ременные
2по способу соединения деталей передач
а)передача с непосредственным контактом
б) передача с гибкой связью (цепные, ременные)
Основныекритерии работоспособности и расчёта деталей машин. Общие сведения.
Работоспособность– состояние объекта при котором способен выполнять заданные функции сохраняязначения заданных параметров в пределах установленной техническо-нормативныхдокументаций.
Основныекритерии работоспособности д.м. является:
Прочность,жёсткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.
При конструирование д.м. расчёт ведут обычно по одномуили двум критериям, остальные критерии удовлетворяются заведомо или не имеютпрактического значения рассматриваемой детали.
Прочность– критерии работоспособности и расчёта деталей машин.
Прочность– способность детали сопротивляться разрушению
Прочностьоценивается нескольким способами:
а)по доп. напряжению
σ<=[σ] τ<=[τ] σэкв<=[σ]
б)по коэф. запаса прочности
Sσ=σпред/σ>=[S]σ Sτ=τпред/τ>=[S]τ
в) по вероятности безотказной работы
Жёсткость
Способностьдетали сопротивляться изменению формы под действием приложенных нагрузок наз.жёсткость
f<=[f] φ<=[φ]
f и [f] прогибы и доп прогибы
φ и [φ]углы поворота и доп углы поворота
Понятие критерии жёсткости входят устойчивость –критерий работоспособности длинных и тонких стержней, а также тонких пластинподвергающихся сжатию продольными силами и оболочек испытывающих внешнеедавление.
Износостойкость
Сопротивлениед.м. изнашиванию наз износостойкость
Изнашивание– разрушение поверхностных слоёв при трении; уменьшение размеров сечения,изменение состояние поверхности.
Виды:
1 механическая – основным является абразивная
2 малекулярно-механическая – изнашивание присхватывании которое происходит в следствии малек сил взаимодействии трущихсяповерхностей с незначительной твёрдостью
3 Коррозионно-механический – при котором мех изнашиваниясопровождается хим и электрохимическим взаимодействием материала со средой
4 Коррозионно-механическая при котором изнашиваниепов-тей происходит под действием быстродвижущихся окружающих сред.
Меры уменьшения изнашивания: хорошая смазываемость,увел твёрдости поверхности, правильно выбор материала трущейся пары.
Пути экономии материала при проектирования.
1 выбор оптимальной схемы машины или узла
2 уточнение расчётов, снижение коэф запаса прочности
3 выбор оптимальных типов деталей и конструктивных исполнений
4Выбор оптимальных параметров деталей и агрегатов (расчётныхскоростей, основных конструктивных соотношений и т.д.) т.к. размеры деталейопределяется величенной передаваемого момента, а не мощностью.
Р=Т *ω τ =Т/Wр<=[τ]
5 выбор оптимальных материалов и термической обработкиприменение поверхностных упрочнений биметаллических изделий
6 применение метало сберегающих технологий изготовлениядеталей.
Выбор материала
Три критерия выбора материала
1 эксплутационный – материал должен удовлетворять условиямработы
2 технологический – материал должен удовлетворять возможностиизготовлении детали при выбранном технологическом процессе
3 экономический материал должен быть выгодным с точкизрения стоимости детали
Общие сведения о сварных соединениях
Сварные соединения – неразъёмные соед основанные на использованиесил молекулярно-механические сцепления и получаемые путём местного нагревакромок деталей до расплавленного (сварка плавлением) или пластического состоянияс последующим применением механической силы (контактная).
В соответствии со способом разогрева кромок соеддеталей различают три сварки: газовая; эл-дуговая; лазерная, плазменная и т.д.
Достоинства:
1 достаточно высокая прочность особенно при статическихнагрузках. 2 хорошая технологичность процесса сварки. 3 возможностьавтоматизации процесса сварки. 4 достаточно высокая герметичность соединения. 5экономия материала
Недостатки:
1 остаточные напряжения. 2 коробление конструкций. 3образование различных дефектов сварного шва (не провар, шлаковые включения,подрез) которые в значительной степени могут устранены автоматизацией процесса сварки.
Сварные соединения по взаимному расположению соединяемыхэлементов подразделяются: а) стыковые
б) нахлёсточные в) тавровые г) угловые.
Расчётсварных швов на прочность.
Стыковыесварные швы рассчитывают по расчётному сечению соединяемых эл-тов деталей безучёта усиления швов, швы с усилением применять не рекомендуется.
Присовместном действии на стыковой шов изгибающего момента и растягивающий(сжимающей) силы.
σ= M/Wc+ F/A<=[σ΄]p
гдеWc=S*l2 /6 –осевоймомент расчётного шва
A=S*l – площадь шва
[σ΄]p<sub/> -допускаемое напряжения сварного шва
Угловыешвы рассчитывают на срез по расчётному сечению расположенного в плоскостибиссектрисы прямого угла поперечного сечения шва.
Прирасчёте сварных конструкций допускаемое напряжение материала сварных швов пристатических нагрузках принимают в зависимости от вида сварки, напряжённогосостояния шва и от допускаемого напряжения на растяжение материала свариваемыхдеталей.
Припеременных напряжениях в сварных швах допускаемые напряжения понижаютумножением на γ.
гдеR – коэф ассиметрии цикла
Кэф – эффективный коэф концентрации напряжения сварных швов
a и b коэф (табулированы от марки материала)
Тавровое сварное соединение выполненное с разделкой кромокдеталей или с глубоким приплавлением кромок деталей рассчитывают как стыковойшов, а без разделки как угловой шов.
Общиесведения и расчёт на прочность паяных соединений
Паяныесоединения это неразъёмные соед обеспеченные силами молекулярными воздействиямим/у соед деталями и припоем
Отличие: отсутствие высоко температурного нагрева и расплавляемых деталей, чтоустраняет коробление и позволяет соединять детали с тонкостенными элементами
Припой- сплав или материал вводимый в расплавленном состоянии в зазор м/усоединяемыми элементами деталей.
Припоидолжны быть легкоплавкими, хорошо смачивать соединяемые поверхности, обладатьпрочностью, пластичностью, непроницаемостью.
Типыпаянных соединений: в нахлёстку, телескопический, встык, вскок, втавр,соприкасающийся.
Расчётна прочность для стыковых
Условиепрочности σ = F/A<=[σ΄]p
ГдеА – площадь A=S*B
[σ΄]p – допускаемое напряжение материала паяного шва
τ =F/A<=[τ΄]ср А=l*B
Общиесведения о клеевых соединений
Клеевыесоединения – неразъёмные соединения деталей клеящим веществом за счёт силповерхностного схватывания (отгезией) и внутренней межмолекулярной связей(кагезией) клеюшим слоем.
Достоинства:
1возможность соединения деталей из разного материала
2соединение очень тонких листов не подвергающиеся сварки и пайки
3герметичность
4высококоррозионная стойкость
5пониженная концентрация напряжений
6небольшая масса
Недостатки:
1сравнительно невысокая прочность особенно при неравномерном отрыве, чтонакладывают требования на конструкцию
2ограниченная теплостойкость
3снижение прочности с течением времени (старение)
4высокие требования технологии производства соединения
Виды: нахлёсточные, стыковые по косому срезу, снакладками
Общие сведения о соединениях деталей с натягом.
Соединение с натягом это условное неразъёмноесоединения которые широко используется в конструкции машин, для передачвращающего момента от вала к ступицы детали или наоборот .
Достоинства: 1 простота конструкций 2 хорошее центрированиесоед деталей 3 восприятие значительных статических и динамических нагрузок.
Недостатки: 1 монтаж и демонтаж соединении требует дополнительныхсоединений 2 как правило уменьшение натяга соед деталей и повреждение ихсопрягаемых поверхностей при разборки и последующей сборки 3 требованиеповышенной точности изготовления детали при одновременной пониженнойшероховатости сопрягаемых поверхностей.
Определение величины натяга и выбор посадки соединениядетали с натягом
Необходимая величина натяга обеспечивается удельнчм давлениемв сопряжении и как следствие силами трения
Где S — коэф запаса сцепления
Fтр=fN=fπdDl
N – сила нормального давления f – коэф трения
Тогда требуемое удельное давление на поверхности сопряжениядля обеспечения работоспособности (отсутствие относительного смещениясопрягаемых деталей)
удельное давление на посадочных поверхностях деталейсоединения связано с номинальным расчётным натягом Nр и диаметром сопряжённых поверхностей dзависимостью Ляли
где Е1, Е2; М1, М2– соответственно модули нормальной упругости и коэф Пуассона материаловохватывающий и охватываемой детали
С1, С2 – коэф жёсткости
Минимальный тредуемый натяг обеспечения работоспособностисоединения равен:
N΄min= NP+UR+Ut +UV
где UR– поправка на обмятие микронеровностей призапресовки
Ut – поправка на температурную деформацию
UV – поправка учитывающая действие центробежных сил
Максимально возможный натяг в соединении ограничиваетсяусловием отсутствия для охватывающей и охватываемой детали
— предел текучести материала охватывающейи охватываемой детали
По минимально требуемому натяг с учётом maxвозможного натяга по таблице предельных натягов с учётом диаметра сопряжениявыбирают посадку в соединении.
Способы образования соединения с натягом
При сборке, разборки соед с натягом используют один изспособов: запрессовка; нагрев охватывающей детали; охлаждение охватываемой,гидрозапресовка.
Запрессовка: простейший высокопроизводительный способ,обеспечивающий возможность контроля силы запрессовки. Способ связан сразрушением сопряжённых поверхностей и затрудняющие применения покрытия.
Нагрев охватывающей детали: способ обеспечивает повышениепрочности сцепления более чем в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой.
Недостатки: возможность изменения структуры металлов,появление окалины и коробления.
Охлаждение охватываемой детали: способ преимущественноприменяется для соед деталей небольших габаритов.
Крепёжные детали. Методы изготовления резьб
Болт – крепёжное изделие в форме стержня с наружрезьбой на одном конце и головкой на другом. Образующее соединение при помощигайки или резьбового отверстия в одном из соединяемых изделий. Форма головкиболта позволяет при монтаже для передачи крутящего момента захватывать её инструментомс наружи или имеет квадрат. подголовок или ус.
Винт – крепёжное изделие для образования соединения илификсации, выполненное в форме стержня с резьбой на одном конце и сконструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом, которыйможет быть выполнен в виде головки с накатом, головки со шлицем.
Методы изготовления резьбы
1 нарезка вручную 2 нарезка на токарно-виноторезных испец станках 3 фрезерование на спец резьбофрезерных станках 4 накаткой на спецрезьбонакатных станках автоматах 5 литьём на деталях из стекла, пластмассы,металлокерамики 6 выдавливанием на тонкостенных изделиях из жести, пластмассы.
Силовое отношение в винтовой паре при завинчивание,самоторможение в винтовой паре.
Рассмотрим усилия возникающие в винтовой паре пи завинчивании.
Рассмотрим элемент гайки нагруженной внешней осевойсилой Fа иравномерно вращающейся под действием силы Fт приложенной к окружности диаметра резьбы. Т.к. элемент гайка находится в равновесии то Ft=Fa *tg(φ+ψ) это соотношение справедливо для прямоугольной резьбы
Чтобы гайка или винт не отвинчивались без торможения необходимо обеспечить условия самоторможения. Необходимо чтобы момент в резьбебыл больше нуля.
Момент завинчивания и КПД винтовой пары.
Длязатяжки резьбового соединения необходимо приложить
моментзавинчивания Тзав=Fкл*Lкл ; Lкл=15d
Призатяжке резьбового соединения Тзав расходится на преодоление моментов силтрения резьбы Тр и на опорной поверхности гайки Тm Тзав= Тр+Тm
Силатрения Трез=1/2*Fзат*d2=Fзат*d2*tg(φ+ψ)
Наопорной поверхности
d2 – внутренний диаметр Тm=1/2Fзат*f *(Pd0/2)
КПДвинтовой пары представляет главным образом для механизмов с резьбами, дляпередачи движения
η=(Fd*l*sinψ)/(FT*l*cosψ)=tgψ/tg(φ΄+ψ )
η – отношениеполезной работы к затраченной
tgψ=P/π*d2=nP/πd2
Общиесведения о шпоночных соединениях. Расчёт на прочность.
Шпсоединения это разъёмные соединения которые используются в конструкциях машиндля передачи крутящего момента от вала к ступицы и наоборот.
Типы:призматические, сигментные, климовые, тангенциальные, шпонка штифт,
Шпсоед могут быть: а) ненапряжённые (призматические, сигментные); б) напряжённые(климовые, тангенциальные, шпонка штифт)
Достоинства:1 простота конструкций 2 относительно невысокая стоимость 3 удобства сборки и разборки.
Недостатки:1 трудность взаимозаменяемости 2 снижение прочности сопряженных деталей 3 нерекомендуется применение для быстровращающихся валов
Условиепрочности:
Общиесведения о шлицевых соединениях. Способы центрирования. Расчёт на прочность.
Шлсоед – разъемные соединения предназначены для передачи вращающего момента отступицы к валу и наоборот.
Достоинства:1 значительно большая нагр способность при одинаковых габаритах 2взаимозаменяемость 3 лучшее центрирование деталей 4 высокая надёжность припеременных и реверсивных нагрузках 5отсутствие диз баланса, что важно длябыстровращающихся деталей 6 выигрыш в осевых размерах.
Недостатки:1 более сложная технология изготовления 2 более высокая стоимость
Способыцентрирования: 1 по наружному диаметру 2 по внутреннему диаметру 3 по боковымповерхностям зубьев.
Основнымкритерием работоспособности зуб соед явл смятие
Условиепрочности:
σсм=(2Т/dсрZhlψ)<=[σ]см
гдеТ – вращающий момент; dcp – средний диаметр по высоте зуба; Z –число зубьев; h – раб высота зуба; l – длина соединения; ψ – 0,7-0,8 коэф неравномерности распределения нагрузки м/у зубьями
dср= (D+d)/2 h=(D-d)/2-2f
Общиесведения о профильных соединениях.
Проф.наз. разъёмные соед в которых контакт ступицы и вала осуществляется по гладкойнекруглой поверхности.
Рабповерхности проф. сод образованы циклоистными кривыми, если раб поверх гранейявляются прямыми то соединение наз призматическими.
Достоинства:отсутствие источников концентрации напряжения, обусловленных формой поперечногосечения
Недостатки: основной недостаток сложность изготовленияи ремонта.
Общиесведения о штифтовых соединениях.
Штсоед наз соед составных частей изделия с применением штифтов.
Применяютдля точного фиксирования одной детали относительно другой (крышки редуктора отнкорпуса), а также для передачи небольших нагрузок в приборостроении.
Применяюттакже специальные срезывающие штифты служащие предохранительным элементом.
Достоинства:простота конструкций; технологичность; низкая стоимость.
Недостатки: ослабление детали отверстия; концентрациянапряжения.
Поформе штифты: цилиндрические; конические.
Те и другие могут быть гладкими, пружинными, просегными.
Общиесведения о зубчатых передачах
Зубпередачи – механизм, который с помощью зуб зацеплений передаёт и (или)преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.
Зубпередачи и колеса классифицируют:
Повзаимному расположению осей колеса: 1 с параллельными осями (цилиндрическиепередачи) 2 с пересекающимися осями (коническая) 3 со скрещивающимися(винтовые)
Поконструктивному исполнению: 1 открытые 2 закрытые
Почислу степеней: 1 одноступенчатые 2 многоступенчатые
Поокружной скорости: 1 тихоходные (V<= 3 м/с) 2 среднескоростные (V=3…15м/с) 3 быстроходные V>15 м/с)
Порасположению зубьев относительно образующих колёс: 1 прямозубые 2 косозубые 3шевронные 4 с криволин. Зубом
Поформе профиля зуба: с эволентными зубьями 2 с неэволен.
Порасположению зубьев в передачах и колёсах: 1 внешняя
2внутренняя
Постепени точности зацепления: стандартом предусмотрено 12 степеней точности, сувеличением цифры точность падает.
Достоинства:1 малые габариты 2 высокий КПД 3 большая нагрузочная способность и надёжностьработы 4 простота обслуживания.
Недостатки: 1 высокие требования к точностиизготовления и монтажа 2 шум при работе со значительными скоростями 3 зубпередача не предохраняет машину от возможных перегрузок
Краткиесведения о геометрии и кинематики зубчатых цилиндрических передач.
Основнымкинем условием которые должны удовлетворять профиля зубьев явл постоянствомгновенного передаточного отношения передач (эволента, циклоида, окружность) извсего многообразия сопряженных профилей зубьев наиболее распространеныэволентные, которые допускают возможность изменения в некоторых пределахмежосевого расстояния без нарушения правильности зацепления.
Одноступенчатаязуб передача состоит из двух зуб колёс ведущего и ведомого, меньшая из парыколёс наз. шестерней, большая зуб колесом.
Параметрышестерни 1, параметр зуб колеса 2
Крометого различают индексы: ω – к начальной окружности b – к основной окрa – к окр вершин f – к окр и параметр впадин
h= ha+hа<sub/> ha=h*a×m hf=( h*a +C)m
Уголнаклонной линии зуба
Pt=Pn/cosβ mt=mn/cosβ mt=Pt/π
Дляпары колес зацепления модули должны быть одинаковыми.
Модулистандартизованы и принимают из дискретного ряда предпочтительных чисел, длякосозубых цилиндр колёс стандартным принимают нормальный модудь.
d=Zm/cosβ da=d+2ha df=d-2hf
Основнымикинемат хар-ками зуб зацепление явл передаточное отношение и коэф торцовогоперекрытия εα
εα=Z2/Z1=d2/d1=ω1/ω2=n1/n2 εα=φα/τ
гдеφα - угол поворотазуб колеса от входа в зацепления торцевого профиля зуба до его выхода иззацепления
τ – угловой шаг τ=360/t
Силыв зацепление цилиндрических зубчатых передач.
Элементарнойсилы давления одного колеса на другое распределены по длине контактных линийзубьев и направлены по нормали к соприкасающимися поверхностями Действие этогораспределённого давления статически эквивалентна действию сосредоточенной вточке Fn силы. Для последующих расчётов валов и опор даннуюсилу удобно разложить на 3 ортогональных составляющих.
Ft –окружная сила лежащая в плоскости вращения по касательной к делительной(нормальной) окр.
F2 – радиальная сила в плоскости вращения и направлена порадиусу к центру вращения
Fa –осевая сила направлена ׀׀ оси вращения .
Рассмотримцилиндр передачу без смещения.
Ft=2T/d d –делительный диаметр
F2=Ft<sub/>tgα/cosβ α=20º угол профиля β – наклон линии зуба
Fa=Ft tgβ Fn=Ft/cosα cosβ
Основырасчёта зубьев цилиндрических зубчатых колёс на контактную прочность.
Сучётом всех аналитических зависимостей и подставляя их в формулу Герца получаемосновную формулу зуб пер на контактную прочность.
ГдеZe – коэф учитывающий мех св-ва матер. шестерни и кол
Zε– коэф учитывающий суммарную длину контактных линий
Zn –коэф учитывающий форму сопряжённых пов-тей зубьев
Kn –коэф нагрузки Ft –окружная сила i–передаточотношение
d1 – делительный ø шестерни bw – ширина зубчатого венца
Наосновании данной основной формулы с учётом следующих допущений: Е1=Е2=2,1*105 М1=М2=0,3 εα=1,6 β=10º
Передачабез смещения: x1+x2=0 получим формулу проектировочного расчёта
ГдеКа=49,5 для прямозуб колёс Ка=43 для косозуб клёс
Т2 – момент на ведомом валу Н/мм ψba– коэф ширины венца по межосевому расстоянию
Видыповреждения зубчатых колёс.
Появлениезначительного и черезмерного нагрева свидетельствует о недостатках в работепередач связанной с её конструкцией, изготовлением, неправильного выбора смазочногоматериала, или возможными повреждениями зубьев.
Видыповреждения зубьев: 1 их поломка 2 усталостное выкрашивание и абразивный износповерхности 3 заедание
4 повреждение торцов зубьев 5 пластическое течение материалов.
КПДзуб передач
Потеримощности в зуб передачах складывается из потерь:
Трениязацепления; на разбрызгивание масла; в опорах
η=1-(ψз+ψр+ ψоп)= ηз ηрηсп
Потерив зацеплении растут с увеличением шероховатости пов-ти, с уменьшением вязкости,и с уменьшением скорости.
Потери на размешивание и разбрызгивание масла растут сувеличением вязкости масла, окружной скорости, ширины колёс, глубиныпогружения.
Общиесведения о червячных передачах.
Червпередача относятся к передачи зацепления с перекрещивающими осями.
Состоитиз червяка и червячного колеса.
Достоинства:а) возможность получения большого передаточного отношения в одной ступице б)плавность и бесшумность работы в) возможность выполнения самотормозящейся парыг)компактность и сравнительно небольшая масса.
Недостатки:а) низкий КПД от 0,7 до 0,85, а в самотормозящихся парах до 0,5 б)необходимость применения для венца колеса дорогостоящих антифр материалов в)значительное тепловыделение.
Ч.п.классифицируется:
Поформе поверхности червяка: цилиндрические, глобоидные
По форме профиля витка резьбы: с прямолинейным профилем,с криволинейным профилям