Гоголина И.В., Сорочкин М.С. Детали машин - файл n1.doc

приобрести
Гоголина И.В., Сорочкин М.С. Детали машин
скачать (2244 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2244kb.08.07.2012 20:14скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8



И.В. Гоголина, М.С. Сорочкин


ДЕТАЛИ МАШИН






















Кемерово 2004




Министерство образования Российской федерации
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Кафедра прикладной механики


И.В. ГОГОЛИНА, М.С. СОРОЧКИН


ДЕТАЛИ МАШИН


Конспект лекций

Технологические специальности

Кемерово 2004

УДК 621. 81
Печатается по решению Редакционно- издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности
Рецензенты: зав. кафедрой «Прикладная механика» Кемеровского сельскохозяйственного института к.т.н., доцент Радченко В.М.,

профессор кафедры «Прикладная механика» Томского политехнического университета д.т.н., проф. Саруев Л.А.
Гоголина И.В., Сорочкин М.С. Детали машин. Конспект лекций. Учебное пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - Кемерово: - Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2004.- 164 c.: ил.

ISBN 5- 89289 – 190 - 9
Учебное пособие разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом и рабочей программой по дисциплине «Детали машин» и предназначено для студентов технологических специальностей по направлениям подготовки «Технология сырья и продуктов животного происхождения», «Технология сырья и продуктов растительного происхождения», «Технология продуктов специального назначения и общественного питания» и для преподавателей. Может быть рекомендовано для студентов дистанционной формы обучения.
Д

ISBN 5- 89289 – 190 – 9 © Кемеровский технологический институт пищевой промышленности 2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие……………………………………………………………………

4

Введение………………………………………………………………………..

5

Глава 1 Основные положения…………………………………………………

7

1.1 Критерии работоспособности и расчета деталей машин………………..

7

1.2 Основные конструкционные материалы, их структура и свойства…….

10

1.3 Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности………...

18

1.4 Основы взаимозаменяемости. Допуски и посадки. Шероховатость…...

21

Глава 2 Передачи вращательного движения…………………………………

29

2.1 Основные сведения о передачах………………………………………….

29

2.2 Зубчатые передачи…………………………………………………………

34

2.3 Червячные передачи……………………………………………………….

60

2.4 Редукторы…………………………………………………………………..

69

2.5 Фрикционные передачи и вариаторы…………………………………….

73

2.6 Передача винт-гайка……………………………………………………….

76

2.7 Ременные передачи………………………………………………………...

78

2.8 Цепные передачи…………………………………………………………..

84

Глава 3 Валы, оси, подшипники и муфты……………………………………

91

3.1 Валы и оси………………………………………………………………….

91

3.2 Подшипники………………………………………………………………..

95

3.3 Муфты………………………………………………………………………

109

Глава 4 Соединения деталей машин и аппаратов……………………………

117

4.1 Заклепочные соединения………………………………………………….

117

4.2 Соединения с натягом……………………………………………………..

122

4.3 Сварные соединения………………………………………………………

124

4.4 Резьбовые соединения……………………………………………………..

129

4.5 Шпоночные, шлицевые (зубчатые) соединения…………………………

136

Глава 5 Основные типы грузоподъемных и транспортирующих машин….

142

Глава 6 Детали корпусов. Уплотнения. Упругие элементы………………...

152

Список использованной литературы ………………………………………...

164

ПРЕДИСЛОВИЕ



Предмет «Детали машин» изучают студенты и технологических специальностей технических вузов, поскольку в будущей практической деятельности вопросы механики и эксплуатации механических передач, приводов и производственных машин занимают значительное место.

Курс деталей машин - фундаментальная дисциплина в системе подготовки инженеров. Этот предмет занимает особое место в ряду изучаемых дисциплин. Он является завершающим в группе общетехнических дисциплин (математика, физика и др.) и связующим со специальными дисциплинами.

Данное учебное пособие дает общее представление об устройстве, принципе действия и методах обеспечения работоспособности механических передач и приводов, имеющих наиболее широкое применение в технике.

Представляемый материал соответствует Государственным образовательным стандартам подготовки инженеров-технологов. Изложение изучаемого материала достаточно традиционно.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам рукописи. Особую признательность хотели бы выразить доценту, к.т.н. А.М. Попову за внимание и полезные советы и замечания, высказанные при подготовке пособия.

ВВЕДЕНИЕ



Машиной называют устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов, движения или для накопления и переработки информации с целью повышения производительности, замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Машины делят в основном на две большие группы: машины-двигатели и рабочие машины. Машины-двигатели - энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида в энергию движения исполнительных органов рабочих машин. К таким машинам относят электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, и т.п. Рабочие машины предназначены для облегчения и замены физического труда человека по изменению формы, свойств, состояния, размера и положения обрабатываемых материалов, для перемещения различных грузов, а также для облегчения и замены его логической деятельности при выполнении расчетных операций и операций контроля и управления производственными процессами. К таким машинам относят всевозможные станки для обработки материалов, транспортные машины, вычислительные машины, устройства робототехники: манипуляторы, промышленные роботы и др.

В зависимости от способа управления движением машин различают: машины ручного управления, полуавтоматического и автоматического действия. К машинам с ручным управлением относят те их разновидности, в которых оператор (рабочий) находится на соответствующем встроенном в машину рабочем месте (автомобили и т. п.) или в непосредственной близости от машины (металлорежущие станки и др.). В машинах полуавтоматического действия часть операций имеет ручное управление, а часть - с помощью устройств автоматического действия. В машинах автоматического действия (машины-автоматы) все операции осуществляются по заданной программе (без непосредственного участия человека) с помощью специальных устройств или современных электронных машин. Многочисленные разновидности машин отличаются осуществляемыми с их помощью производственными процессами. Их сходство определяется наличием в машинах механизмов, предназначенных для передачи и преобразования движения.

Механизмом называют совокупность взаимосвязанных звеньев, допускающую их относительное движение и предназначенную для преобразования движения одного или нескольких звеньев в требуемые движения остальных звеньев.

Машины и механизмы состоят из отдельных деталей и сборочных единиц (узлов).

Детали изготовляют без применения сборочных операций точением, фрезерованием, штамповкой и другими методами так, что они представляют единое целое (винты, валы, шкивы, зубчатые колеса, корпуса редукторов и др.).

Сборочные единицы (узлы) изготавливают из деталей с помощью сборочных операций свинчиванием, сваркой, запрессовыванием (муфта, подшипник качения, цепь и др.). Менее сложные сборочные единицы могут входить в более сложные (в редукторе, например, имеется несколько подшипников).

Анализируя конструкции различных машин, их узлов и деталей, не трудно заметить, что многие типы деталей и узлов встречаются почти во всех машинах с одними и теми же функциональными назначениями, например болты, валы, механические передачи, подшипники, муфты и др. Эти детали (узлы) называют деталями общего назначения; их теорию, расчет и конструирование изучают в курсе «Детали машин». Все другие детали (узлы), применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (шпиндели станков, коленчатые валы, поршни, шатуны, канаты и т. п.), относят к деталям специального назначения и изучают в соответствующих специальных курсах.

Все детали и узлы общего назначения делят на три основные группы: соединительные детали и соединения (сварные, резьбовые, шпоночные и др.); передачи вращательного движения (ременные, зубчатые, червячные и др.); детали и узлы, обслуживающие передачи (валы, подшипники, муфты и др.).

Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При проектировании машин и разработке конструкции деталей исходят из ряда общих требований к ним: безопасность работы и удобство обслуживания; высокая производительность; экономичность и надежность (вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы без ремонта); технологичность; стандартизация и унификация деталей; оптимальные габариты и минимальная масса; транспортабельность; эстетичность.
1.1 КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Для обеспечения требований, предъявляемых к машинам, детали машин должны отвечать ряду критериев работоспособности, т. е. способности нормально выполнять заданные функции. Такими критериями являются их прочность, износостойкость, жесткость, теплостойкость, виброустойчивость.

В зависимости от назначения детали ее расчет ведут по одному или нескольким критериям. Например, валы рассчитывают на прочность, жесткость, виброустойчивость, а для резьбовых и сварных соединений главным критерием является их прочность.

Прочность. Этот важнейший критерий работоспособности детали характеризует способность ее сопротивляться действию нагрузок (сил или моментов сил) без разрушения или пластических деформаций.

Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической прочности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала (например, В ). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например, -1). Сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

Возможны два вида инженерных расчетов на прочность: проектный и проверочный.

Проектный расчет - предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины), в результате, которого определяют геометрические размеры детали по заданным нагрузкам и допускаемым напряжениям [] или [].

При проверочном расчете конструкции, размеры которой уже заданы, определяют действующие в деталях напряжения или , которые не должны превышать допускаемых: [], [].

Часто при проверочном расчете определяют действительный коэффициент запаса прочности детали s, который должен быть не меньше допускаемого (нормативного) коэффициента запаса прочности [s], т. е. s [s].

Большинство подвижно соединенных деталей и сборочных единиц (подшипники, муфты, шлицевые соединения и др.) выходят из строя в результате изнашивания - процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. Увеличение зазоров в соединении при изнашивании приводит к потере точности работы механизма, возрастанию динамических нагрузок и даже к поломке деталей.

Износостойкость (сопротивление изнашиванию) детали зависит от многих факторов: физико-механических свойств материалов, давления, скорости скольжения тел, вида смазочного материала, шероховатости поверхностей, условий эксплуатации машин и др.

Жесткость – способность детали сопротивляться деформации под действием внешних нагрузок.

Пружины, рессоры, торсионные (подверженные только кручению) валы – эти, так называемые, упругие элементы в силу своего назначения обладают невысокой жесткостью. Для других деталей (корпусов редукторов, валов, зубчатых колес, станин станков) характерна и необходима высокая жесткость.

Упругие перемещения деталей (прогибы, углы поворота сечений) не должны превышать допустимых перемещений, устанавливаемых на основании опытов и расчетов. Например, при больших прогибах валов в редукторе резко ухудшается работа зубчатых колес и подшипников.

Теплостойкость. При работе машин и механизмов обычно выделяется теплота. В результате тепловыделения при недостаточном охлаждении нарушается нормальный режим их работы, что может приводить к непредвиденным последствиям.

Понижение предела прочности и предела текучести сталей наблюдается при температуре 300... 400°С, а пластмасс и легких сплавов - при 100... 150°С. Кроме этого, с повышением температуры ухудшаются свойства масел. Изменяются зазоры в соединениях деталей, что может вызвать их заклинивание или заедание. При нагреве уменьшается коэффициент трения, что отрицательно влияет на работу фрикционных муфт и тормозов. Поэтому многие пары трения, работающие с большим тепловыделением (подшипники скольжения, червячные пары, муфты), рассчитывают на нагрев.

Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способность машин и их деталей противостоять вибрации, которая повышает динамичность нагрузки, снижает качество работы. Особенно опасны вибрации в современных быстроходных машинах, где частота собственных колебаний может совпадать с частотой вынужденных колебаний, что вызывает явление резонанса. Расчет на виброустойчивость предполагает выбор конструкции такой жесткости, при которой исключается явление резонанса.

Надежность оценивается вероятностью сохранения работоспособности в течение заданного срока службы. Современные машины состоят из большого числа деталей. Отказ (нарушение работоспособности) хотя бы одной из них приводит к нарушению работы всей машины (снижению производительности, остановке, аварии и др.).

1.2 ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИХ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА
Выбор материалов для деталей машин является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом.

Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы: соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, износостойкость и др.); требования к массе и габаритам детали и машины в целом; другие требования, связанные с назначением детали и условиями ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т. д.); стоимость и дефицитность материала.

Конструкционными называют материалы, обладающие прочностью и применяемые для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку. Конструкционные материалы подразделяют на: металлические, неметаллические и композиционные.

Металлы подразделяют на черные металлы (сталь, чугун) и сплавы цветных металлов (на основе меди, алюминия, титана и др.). К неметаллическим материалам относятся пластмассы (текстолит, волокнит, лигнофоль), резина, кожа, графит, минералокерамические материалы, древесина и др.

Черные металлы, подразделяемые на чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется, прежде всего, их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Основные недостатки черных металлов - большая плотность и слабая коррозионная стойкость.

Сталями называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2 %. В зависимости от содержания углерода стали, подразделяют на низкоуглеродистые (С  0,25%), среднеуглеродистые (С ? 0,25...0,60%) и высокоуглеродистые (С > 0,6%). С повышением содержания углерода повышается твердость и прочность, но уменьшается пластичность и ухудшается свариваемость стали. Содержание углерода в стали показывают первые две цифры в обозначении ее марки, например сталь 45 содержит 0,45% углерода.

Введение легирующих присадок - хрома (X), никеля (Н), молибдена (М), вольфрама (В), марганца (Г), кремния (С) и других - способствует улучшению механических свойств сталей. Содержание легирующих присадок указывают в процентах цифрами в обозначении марки стали. Например, сталь 12ХН3А содержит примерно 0,12% углерода, 1% хрома и 3% никеля, А - высококачественная.

По способу производства различают углеродистые стали обыкновенного качества (Ст0… Ст6), качественные конструкционные (стали 15... 55), легированные качественные (стали 15Х... 50Х) и высококачественные легированные (стали 20Х2Н4А, З0ХНА, 40ХН и др.). Из углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) изготавливают неответственные корпусные детали, крепежные детали, фасонный прокат (двутавры, швеллера, уголки) и др. Качественные конструкционные (ГОСТ 1050-88) и легированные (ГОСТ 4543-71) стали обладают высокой прочностью (?В = 800... 1400 МПа) и широко используются для изготовления различных деталей (валов, зубчатых колес, звездочек, червяков и др.).

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие свыше 2% углерода. В зависимости от структуры различают серый, белый и ковкий чугуны.

Серый чугун (ГОСТ 1412-85) обладает высокими литейными и достаточно хорошими механическими свойствами, легко обрабатывается. Используется для отливок станин, корпусов, крышек, шкивов и др. Примеры обозначений марок: СЧ15, СЧ18 - соответственно чугуны с пределами прочности при растяжении 150 и 180 МПа.

Белый чугун характеризуется худшими литейными свойствами, отличается высокой твердостью, термически стоек. Поэтому используется в парах трения, работающих в условиях интенсивного изнашивания (тормозные колодки).

Ковкий чугун (ГОСТ 1215-79) имеет высокую прочность (?Р = 300...600 МПа). Применяется для изготовления деталей в узлах, воспринимающих ударные нагрузки. Примеры обозначения марок: КЧ З0-6, КЧ 45-6 (6 - относительное удлинение в процентах).

Важной характеристикой конструкционных материалов является твердость - способность материала оказывать сопротивление механическому прониканию (внедрению) в него другого, более твердого тела.

Наиболее распространенными способами такой оценки являются пробы твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.

Твердость по Бринеллю, обозначаемая НВ, определяется по диаметру отпечатка при вдавливании в испытуемый материал стального закаленного шарика. Число твердости по Бринеллю НВ равно отношению силы, вдавливающей шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Экспериментально установлено, что между числом твердости по Бринеллю и временным сопротивлением разрыву для некоторых материалов существует определенная зависимость. Например, для малоуглеродистой стали ?В = 3,6НВ МПа.

Для материалов с твердостью НВ > 450 проба по Бринеллю из-за деформации шарика вносит значительную погрешность, а потому не используется.

Более твердые материалы проверяют по пробам Роквелла и Виккерса.

Твердость по Роквеллу (шкала С) в единицах HRCЭ определяют как разность глубин внедрения в материал алмазного конуса под действием предварительной и основной нагрузок.

Измерение твердости по Виккерсу HV основано на вдавливании в образец наконечника в форме четырехгранной алмазной пирамиды.

Цветные металлы - медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие - применяют главным образом в качестве составных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюралюминия и т. д.).

Для многих трущихся пар большое значение имеют антифрикционные и фрикционные свойства материалов сопряженных поверхностей.

Антифрикционными называются материалы, обладающие в определенных условиях малыми и достаточно стабильными значениями коэффициентов трения, высокой износостойкостью и хорошей прирабатываемостью. Свойства материала сопряженных поверхностей не оказывают влияния на трение, если эти поверхности полностью разделены слоем смазки. Антифрикционные свойства проявляются при отсутствии жидкостного трения или даже без смазки. К антифрикционным свойствам относятся несклонность (или слабо выраженная склонность) к схватыванию с материалом сопряженной поверхности, способность к образованию защитных граничных пленок, уменьшающих трение, высокие теплоемкость и теплопроводность. Важным показателем антифрикционных свойств является способность к перераспределению давлений в зоне контакта, что компенсирует влияние погрешностей и деформаций. Этому способствует прирабатываемость поверхностей (без патологических форм изнашивания) и сравнительно малые значения предела текучести и модуля упругости. Разнородные материалы менее склонны к схватыванию. Так, сочетания сталь- бронза, сталь- баббит обладают высокими антифрикционными свойствами.


Трение широко используется для передачи рабочих усилий между сопряженными поверхностями и для поглощения энергии. Характерными примерами являются фрикционные муфты (сцепные и предохранительные), тормоза и т. д. В таких случаях материалы трущихся поверхностей должны обладать хорошими фрикционными свойствами, под которыми понимают достаточно высокий коэффициент трения, износостойкость и теплостойкость с сохранением стабильности этих показателей (в широком диапазоне значений давления, скорости скольжения, температуры), а также хорошее сопротивление тепловой усталости.

Бронзы. Различают бронзы (сплавы на основе меди) оловянистые (ГОСТ 613- 79), свинцовистые, алюминиевые, в которых основными легирующими элементами являются соответственно олово, свинец, алюминий.


Бронзы, особенно оловянистые, обладают высокими антифрикционными и антикоррозионными свойствами и поэтому широко используются для изготовления деталей ответственных узлов трения (подшипников скольжения, червячных передач и др.) и запорной арматуры. Однако бронзы дорогостоящие материалы, поэтому необходимо стремиться к снижению их расхода за счет улучшения конструкции узлов машин, замены материалов и др.

Примеры обозначений марок бронз: оловянистая – БрОФЮ-1, содержит 10% олова, 1% фосфора, остальное - медь; алюминиево-железистая бронза БрАЖ 9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа.

Латуни. Сплавы меди и цинка с добавками железа, алюминия, марганца, свинца и других металлов называют латунями (ГОСТ 17711-93 и др.). Они обладают хорошими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, но значительно более дорогостоящи, чем качественные стали.

Используют латуни в производстве арматуры, для изготовления деталей узлов трения. Пример обозначения марки: Л59 (59% меди, остальное - цинк с добавками).

Легкие сплавы. Сплавы на основе алюминия, титана, магния и других металлов благодаря их легкости и прочности находят широкое применение в машиностроении.

Используются сплавы алюминия и кремния - силумины (ГОСТ 4784-97) - с хорошими литейными свойствами. Их плотность почти в три раза меньше плотности стали, а по прочности они не уступают сталям (силумины АЛ2, АЛ5 и др.).

Сплавы алюминия с медью и магнием - дуралюмины (Д1, Д16) - хорошо обрабатываются давлением и резанием. Однако стоимость алюминиевых сплавов превышает стоимость сталей. Используются такие сплавы для изготовления корпусов электродвигателей, трубопроводов, емкостей, сепараторов подшипников, заклепок и т. д.

Титановые сплавы (с алюминием, медью и другими присадками) после термообработки обладают высокой прочностью (?В = 900... 1300 МПа), коррозионной стойкостью, имеют невысокую плотность (? = 4500 кг/м 3 ). Они используются для изготовления изделий в авиационно-космической технике, судостроении и др.
  1   2   3   4   5   6   7   8


И.В. Гоголина, М.С. Сорочкин ДЕТАЛИ МАШИН
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации