Новая лаборатория автоматизации

Повышаем качество и производительность вашего производства.

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Детали Машин и Основы Конструирования

3.

E-mail Печать PDF

 

ПРОЧНОСТЬ–

способность тела сопротивляться разрушению под действиемвнешних нагрузок.

 

Разрушение деталей происходит вследствие потери

•статической прочности

или

•усталостная прочность (сопротивления усталости).

Усталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению.

Потеря статической прочности происходит тогда, когда значение максимальных рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала (случайные перегрузки, срытые дефекты материала).

Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала.

Расчеты на ПРОЧНОСТЬ ведут по номинальным допускаемым напряжения, коэффициентам запаса прочности (КЗП) или по вероятности безотказной работы

 

ЖЕСТКОСТЬ –

способность деталей сопротивляться изменению формы под действием внешних сил

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

Жесткость – один из важнейших критериев работоспособности наряду с прочностью.

Во многих деталях машин напряжения значительно ниже предельных, например в станинах металлорежущих станков они составляют всего несколько МПа, и размеры таких деталей диктуются именно условиями жесткости.

Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов.

Значение критерия жесткости возрастает в связи с тем, что совершенствование материалов происходит главным образом в направлении повышения их прочностных характеристик (σв, σ-1),

а модуль упругости Е (характеристика жесткости) изменяется незначительно или остается постоянным.

 

При этом чаще встречаются случаи, когда размеры детали, полученные из расчета на прочность, оказываются недостаточными по жесткости.

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и/или накопление его остаточной деформации при трении.

Износ проявляется в постепенном изменении размеров детали.

Т.о. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность детали сопротивляться изменению размеров и/или формы под действием сил трения на ее поверхности.

 

Износ ограничивает работоспособность машин по следующим параметрам:

а) по потере точности – приборы, измерительный инструмент, прецизионные станки;

б) по снижению КПД, увеличению утечек – цилиндр и поршень в двигателях, насосах и т.д.;

в) по снижению прочности вследствие уменьшения сечений, неравномерного износа опор, увеличения динамических нагрузок – зубья зубчатых и червячных колес и т.д.;

г) по возрастанию шума – передачи быстроходных машин (транспортных);

 

д) по полному истиранию, которое делает деталь непригодной – тормозные колодки, рабочие органы землеройных машин.

 

Виды изнашивания

1.Механическое изнашивание, которое в основном определяется абразивным изнашиванием, т.е. изнашивание посторонними твердыми частицами. Абразивное изнашивание проявляется в виде:

а) усталостного разрушения при многократном повторном деформировании микровыступов с малой глубиной взаимного внедрения;

б) малоцикловой усталости при повторном пластическом деформировании микровыступов со средней глубиной внедрения;

в) микрорезания при глубоком внедрении.

2. Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при схватывании).

Схватывание происходит вследствие молекулярных сил при трении.

Схватывание в начальной форме проявляется в намазывании материала одной сопряженной детали на другую, а в наиболее опасной форме – в местном сваривании трущихся поверхностей с последующим вырыванием частиц одного тела, приварившихся к другому, при дальнейшем их относительном движении.

3. Коррозионно-механическое изнашивание, при котором механическое изнашивание сопровождается химическим или электрическим взаимодействием материала со средой (продукты коррозии стираются механическим путем).

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления.

Фреттинг-коррозия (to fret – разъедать) – разрушение постоянно контактирующих поверхностей в условиях тангенциальных микросмещений без удаления продуктов износа (проявляется на посадочных поверхностях колец подшипников качения, зубчатых колес, шлицевых соединений).

 

Водородный износ, связанный с выделением водорода при разложении воды, нефти и нефтепродуктов, деструкцией пластмасс при трении, применении водородного топлива.

 

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ

Работа машин сопровождается тепловыделением, вызываемым рабочим процессом машин и трением в их механизмах.

Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, особенно интенсивно у тепловых двигателей, электрических машин, литейных и машин для горячей обработки материалов.

Виды тепла: 1) внешняя среда; 2) источники энергии внутри машины; 3) внешнее трение; 4) внутреннее трение в материале (переменные напряжения).

 

Нагрев деталей может вызывать следующие вредные последствия:

1. Понижение прочности материала и появление ползучести (Жаропрочность).

Следствие: Понижение несущей способности деталей, изменение зазоров в сопряженных деталях, что может привести к заклиниванию и заеданию.

2. Понижение защитной способности смазочного слоя.

Следствие: Невозможность обеспечения режима жидкостного трения, что ведет к повышенному износу.

3. Изменение зазоров вследствие обратимых температурных деформаций.

Следствие: Заклинивание или схватывание контактирующих деталей (вал в подшипнике скольжения).

4. Изменение свойств трущихся поверхностей (например, снижение коэффициента трения в тормозах, уменьшение вязкости масла).

5. Понижение точности работы машины (прецизионные станки).

 

ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ –

способность конструкций работать в нужном диапазоне режимов

без недопустимых колебаний.

В машинах основное распространение имеют:

1. Вынужденные колебания, вызываемые внешними периодическими силами (неуравновешенность вращающихся деталей, погрешностями изготовления, переменными силами в поршневых машинах и т.д.).
2. Автоколебания или самовозбуждающиеся колебания, т.е. колебания, в которых возмущающие силы вызываются самими колебаниями (фрикционные автоколебания, вызываемые падением силы трения с ростом скорости; гидродинамические автоколебания в подшипнике скольжения, вызываемые неуравновешенной частью реакции смазочного слоя).

Расчет на виброустойчивость проводят из условия несовпадения частоты рабочего режима с критическими частотами.

Критическая частота – частота собственных

колебаний технической системы.

Реальное твердое тело имеет бесконечное

множество критических частот.

При расчетах техническую систему значительно

упрощают и на практике рассматривают

 

обычно первые три критические частоты.

 

НАДЕЖНОСТЬ

Надежность (общая) — свойство объекта (изделия) выполнять в течение заданного времени или заданной наработки свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью

и   сохраняемостью.

Безотказность — свойство сохранять работоспособное состояние в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказы которых связаны с опасностью для жизни людей (например, самолеты) или с перерывом в работе большого комплекса машин.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособное состояние

до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность — приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять безотказность, долговечность и ремонтопригодность после и в течение установленного срока хранения и транспортирования.

 

 

 

2.

E-mail Печать PDF

Машина – устройство для преобразования энергии

и (или) движения, накопления и переработки информации.

Машины существенно облегчают физический и умственный труд человека.

Машины условно подразделяют на три группы:

• Энергетические машины преобразуют какой-либо вид энергии в механическую работу и наоборот;
• Транспортные (энергия преобразуется в двигательную силу);
• Технологические машины предназначены для выполнения производственных процессов по изменению формы, свойств и положения объектов труда;
• Информационные машины, преобразующие и обрабатывающие информацию для контроля, регулирования и управления процессами и объектами;
• Специальные.

Механизм – часть машины, в которой рабочий процесс реализуется путем выполнения определенных механических движений.

Механизм осуществляет:

1.Передачу энергии (движения), как правило, с преобразованием сил и характеристик закона движения от источника к одному или нескольким рабочим органам;
2.Преобразование и регулирование механического движения;

Основные требования:

Ø Работоспособность – способность технической системы нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией;
Ø Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам в условиях использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Ø Технологичность – свойство конструкции, обусловливающее минимальные затраты средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте.
Ø Экономичность – свойство конструкции, обусловленное снижением затрат на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.
Ø Эргономичность – свойство конструкции, связанное с совершенством

Выполнение указанных требований обеспечивается в ходе проектирования, изготовления и эксплуатации машин и механизмов.

Проектирование является одним из ключевых этапов разработки машин, в ходе которой закладываются их будущие параметры качества.

Чаще всего под словом “проектирование” подразумевают практическую деятельность, направленную на удовлетворение потребностей людей.

Конечным итогом проектной деятельности является проект, т.е. комплект документации, предназначенной для создания, эксплуатации, ремонта и ликвидации (технического) объекта, а также для проверки или воспроизведения промежуточных и конечных технических решений, на основе которых был разработан данный объект.

Проектирование включает в себя

выполнение расчётов, подтверждающих эффективность предлагаемых конструктивных решений;

экспериментальные исследования;

конструирование (определение пространственных структур).

Конструирование – деятельность по созданию материального образа разрабатываемого объекта, при котором инженер работает с физическими моделями и их графическими изображениями. Эти модели и изображения, а также и реальные механические объекты называют конструкциями

ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ – ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ

Проектировочный расчет – предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала при заданных условиях нагружения, кинематических и динамических параметрах всей системы

(зачастую проводится по какому-либо одному критерию).

Проверочный расчет – уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки удовлетворения ее заданным нормам критериев работоспособности (прочность, жесткость, виброустойчивость).

Модель – совокупность представлений, условий и зависимостей, описывающих объект (явление).

При построении модели учитывают только наиболее значимые факторы с точки зрения изучения той или иной характеристики объекта. Учет всех факторов принципиально невозможен. Для одного и того же объекта может быть предложено несколько расчетных схем. С другой стороны, одной расчетной схеме может соответствовать несколько реальных объектов.

МОДЕЛЬ МАТЕРИАЛА

В расчетах на прочность материал детали представляют однородной сплошной средой, что позволяет рассматривать тело как непрерывную среду и применять методы математического анализа.

Однородность – независимость свойств материала от размеров выделенного объема.

Изотропность – независимость свойств материала от выбранного направления в материале.

Сталь – однородный изотропный материал. Дерево – однородный неизотропный материал. Композиционные материалы (железобетон) – неоднородный неизотропный материал.

Расчетная модель материала наделяется определенными физическими св-вами:

• Упругость – свойство тела восстанавливать свою форму после снятия внешней нагрузки.
• Пластичность – свойство тела сохранять после разгрузки полностью или частично деформацию, полученную при нагружении.
• Ползучесть – свойство тела увеличивать со временем деформацию при действии внешних сил.
 

Основные понятия

E-mail Печать PDF

Предметом изучения дисциплины «ДМ и ОК» являются:

–процессы и явления, происходящие в технических устройствах;

–оценка напряженного состояния элементов;

–критерии работоспособности деталей машин;

–методы расчета и конструирования элементов машин с целью определения размеров и рациональных форм, обеспечивающих  заданную надежность, ресурс, массогабариты и высокие технико-экономические показатели машин

Основные понятия (ключевые слова) дисциплины «ДМ и ОК»:

– машины и механизмы, структурный, кинематический, динамический и силовой анализ; синтез механизмов;

– особенности проектирования изделий: виды изделий, требования к ним, стадии разработки; принципы инженерных расчетов;

– расчетные модели типовых деталей машин, допущения и схематизация, материала и предельного состояния, типовые элементы изделий; напряженное состояние детали и элементарного объема материала; механические свойства конструкционных материалов; расчет несущей способности типовых элементов; сопряжения деталей;

– допуски и посадки, размерные цепи;

– механические передачи трением и зацеплением; валы и оси, соединения вал-втулка; опоры скольжения и качения; уплотнительные устройства; упругие элементы; муфты; соединения деталей: резьбовые, заклепочные, сварные, паяные, клеевые; корпусные детали.

Эра homo sapiens (40 тыс. лет назад). Прообразы отдельных деталей машин в применении к ручному инструменту, оружию и другим приспособлениям древних людей (рычаг, клин, передача гибкой связью, пружина).

В начале 3 тысячелетия до н.э. в Древнем Египте появляются первые простые механизмы (клин, рычаг, блок, ворот, катки), которые применяли при строительстве пирамид.

Чуть позже, в Индии, создаются первые повозки – появляются первые детали, работающие в условиях, близким к условиям работы в машинах (колесо, ось и подшипник).

Длительное время источником энергии служили человек и домашние животные. В 3 веке до н.э. начинают использовать энергию падающей воды, построили водяное колесо для мукомольных машин и первые передачи механического движения. 3.5 в. до н.э. Платон «Государство», Аристотель «Механические проблемы»: зубчатые колеса, кривошипы, катки, полиспасты, металлические цапфы.

287 г. до н.э. Архимед применил для водоподъемной машины винт.

16…13 л. до н.э. Поллион Витрувий «Арихтектура»: описание водоподъемной машины с ковшами, укрепленными на цепи.

284–305 г. Папп Александрийский: описание редуктора из зубчатых (в виде цевочных) и червячных передач.

В 10...11 веках во Фландрии и Англии были построены первые ветровые мельницы, в состав которых уже входили сложные передачи и тормозные устройства.

Эпоха Возрождения. Леонардо да Винчи (1452–1519 г.): винтовые зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, зубчатые колеса с вращающимися цевками, подшипники качения, шарнирные цепи, а также многочисленные механизмы и машины.

Создание в 1774г. Дж. Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и все более ускоряющемуся техническому прогрессу.

Появляются сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретенные в 1889 г. К. Лавалем паровая турбина, в 1870...1890 гг. двигатель внутреннего сгорания (газовый – Н. Отто, бензиновый – Г. Даймлера и К. Бенца, дизельный – Р. Дизеля), в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским – электродвигатель переменного тока. Функционирование новых машин начинает широко использовать явления механики, термодинамики, электромагнетизма.

Теория и расчет деталей машин разрабатывались по мере появления и совершенствования конструкций.

Леонардо да Винчи рассматривал вопросы о сопротивлении вращению колес, шкивов и блоков, о зоне износа подшипников и др.

Леупольд «Театр машинный» – первая попытка систематического описания частей машины.

1840 г. Витворт (Англия) разрабатывает систему крепежных резьб (первая работа по стандартизации в машиностроении).

Когда машин было мало, а их расчеты носили элементарный характер, студенты-механики изучали все вопросы изучали все вопросы в общем курсе построения машин.

Технические объекты становятся сложными физически. Сложность разрабатываемых объектов уже не позволяла одному человеку целиком решать всю техническую задачу. С 19 века наступает дифференциация наук и специализация в области исследований, разработки и производства.

Р. Виллис, Х.И. Гохман – общая теория зубчатых зацеплений.

Л. Эйлер разработал теорию эвольвентного зацепления.

В. Льюис, Е. Бакингем, Х. Мерит – прочность зубчатых передач.

М.Л. Новиков – круговинтовое зацепление высокой несущей способности.

Н.П. Петров, О. Рейнольдс, А. Зоммерфельд – гидродинамическая теория смазки (подшипники скольжения и др.).

Р. Штрибек, А. Пальмгрен – подшипники качения.

Н.Е. Жуковский – резьбовое соединение, ременная передача.

Д.Н. Гаркунов, И.В. Крагельский – триботехника (разработана теория избирательного переноса в парах трения, обеспечивающий в определенных условиях почти безизносную работу).

А.И. Петрусевич – контактно-гидродинамическая теория смазки.

 

 

 

 


Поиск по сайту

Голосование

Какую среду программирования вы используете чаще всего?
 

Посетители