🗊 Тема 4 Основы расчета деталей машин

Тема 4 Основы расчета деталей машин

План лекции Особенности проектирования изделий общемеханического назначения, классификация изделий по видам, конструкторские и технологические требования к изделиям, методы проектирования, стадии разработки. Основные принципы инженерных расчетов,. Технические измерения, допуски и посадки в машиностроении. Типовые сопряжения деталей. Соединения вал-втулка.

Определим базовые понятия в самом начале работы для систематизации учебного материала и во избежание двусмысленного толкования. Определим базовые понятия в самом начале работы для систематизации учебного материала и во избежание двусмысленного толкования. Расположим понятия по степени сложности. ДЕТАЛЬ – (франц. detail – кусочек) – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (ГОСТ 2.101-68). ЗВЕНО – группа деталей, образующая подвижную или неподвижную относительно друг друга механическую систему тел. СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА – изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (ГОСТ 2.101-68). УЗЕЛ – законченная сборочная единица, состоящая из деталей общего функционального назначения.

МЕХАНИЗМ – система деталей, предназначенная для передачи и преобразования движения. МЕХАНИЗМ – система деталей, предназначенная для передачи и преобразования движения. АППАРАТ – прибор, техническое устройство, приспособление, обычно некая автономно-функциональная часть более сложной системы. АГРЕГАТ – унифицированный функциональный узел, обладающий полной взаимозаменяемостью. МАШИНА – система деталей, совершающая механическое движение для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения труда. Машина характерна наличием источника энергии и требует присутствия оператора для своего управления..

, работающая по заданной программе без оператора. , работающая по заданной программе без оператора. РОБОТ – (чешск. robot – работник) машина, имеющая АВТОМАТ – (греч. "аутомотос" – самодвижущийся) машина систему управления, позволяющую ей самостоятельно принимать исполнительские решения в заданном диапазоне

Процесс разработки машин имеет сложную, разветвлённую неоднозначную структуру и обычно называется широким термином ПРОЕКТИРОВАНИЕ – создание прообраза объекта, представляющего в общих чертах его основные параметры. Под КОНСТРУИРОВАНИЕМ некоторые авторы понимают весь процесс от идеи до изготовления машин, некоторые – лишь завершающую стадию его подготовки. Но в любом случае цель и конечный результат конструирования – создание рабочей документации , по которой можно без участия разработчика изготавливать, эксплуатировать, контролировать и ремонтировать изделие .

. Здесь также требуется дать базовые понятия: ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ – документ, составляемый совместно заказчиком и разработчиком, содержащий общее представление о назначении, технических характеристиках и принципиальном устройстве будущего изделия. ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ – дополнительные или уточнённые требования к изделию, которые не могли быть указаны в техническом задании (ГОСТ 2.118-73). ТВОРЧЕСТВО – специфическая материальная или духовная деятельность, порождающая нечто новое или новую комбинацию известного. ИЗОБРЕТЕНИЕ – новое решение технической задачи, дающее положительный результат.

ЭСКИЗИРОВАНИЕ – процесс создания эскиза (франц. es quisse – из размышлений), предварительного рисунка или наброска, фиксирующего замысел и содержащего основные очертания создаваемого объекта. ЭСКИЗИРОВАНИЕ – процесс создания эскиза (франц. es quisse – из размышлений), предварительного рисунка или наброска, фиксирующего замысел и содержащего основные очертания создаваемого объекта. КОМПОНОВКА – расположение основных деталей, узлов, сборочных единиц будущего объекта. РАСЧЁТ – численное определение усилий, напряжений и деформаций в деталях, установление условий их нормальной работы; выполняется по мере необходимости на каждом этапе конструирования. ЧЕРТЁЖ – точное графическое изображение объекта, содержащее полную информацию об его форме, размерах и основных технических условиях изготовления. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА – текстовый документ (ГОСТ 2.102-68), содержащий описание устройства и принципа действия изделия, а также технические характеристики, экономическое обоснование, расчёты, указания по подготовке изделия к эксплуатации. СПЕЦИФИКАЦИЯ – текстовый табличный документ, определяющий состав изделия .

ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ – первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), когда устанавливаются принципиальные конструктивные и схемные решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия. ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ – первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), когда устанавливаются принципиальные конструктивные и схемные решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ – заключительный этап проектирования (ГОСТ 2.120-73), когда выявляются окончательные технические решения, дающие полное представление об изделии. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ – полный комплект рабочей документации (текстовой и графической ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в которой содержится полная информация о конструкции, изготовлении, эксплуатации и ремонте машины.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ МАШИН ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ МАШИН Машины, как и другие изделия, изготавливаются только по проекту, который, в любом случае, является совокупностью графических и текстовых документов. Правила и порядок разработки, оформления и обращения этих документов устанавливается комплексом стандартов – Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), разработанной в 70-е годы XX в [15]. Проектирование машин выполняют в несколько стадий, установленных ГОСТ 2.103-68. Для единичного производства это: Разработка технического предложения по ГОСТ 2.118-73. Разработка эскизного проекта по ГОСТ 2.119-73. Разработка технического проекта по ГОСТ 2.120-73. Разработка документации для изготовления изделия. Корректировка документации по результатам изготовления и испытания изделия.

Стадии проектирования при серийном производстве те же, но только корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам изготовления и испытаний первой промышленной партии. Стадии проектирования при серийном производстве те же, но только корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам изготовления и испытаний первой промышленной партии. В любом случае, приступая к каждому этапу конструирования, как и вообще к любой работе, необходимо чётко обозначить три позиции: Исходные данные – любые объекты и информация, относящиеся к делу ("что мы имеем?").

Цель – ожидаемые результаты, величины, документы, объекты ("что мы хотим получить?"). Средства достижения цели – методики проектирования, расчётные формулы, инструментальные средства, источники энергии и информации, конструкторские навыки, опыт ("что и как делать?"). Деятельность конструктора-проектировщика обретает смысл только при наличии заказчика – лица или организации, нуждающихся в изделии и финансирующих разработку.

Теоретически заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое Задание – документ, в котором грамотно и чётко обозначены все технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего изделия. Но, к счастью, этого не происходит, поскольку заказчик поглощён своими ведомственными задачами, а, главное, не имеет достаточных навыков проектирования. Таким образом, инженер не остаётся без работы. Теоретически заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое Задание – документ, в котором грамотно и чётко обозначены все технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего изделия. Но, к счастью, этого не происходит, поскольку заказчик поглощён своими ведомственными задачами, а, главное, не имеет достаточных навыков проектирования. Таким образом, инженер не остаётся без работы.

Работа начинается с того, что заказчик и исполнитель совместно составляют (и подписывают) Техническое Задание. При этом исполнитель должен получить максимум информации о потребностях, пожеланиях, технических и финансовых возможностях заказчика, обязательных, предпочтительных и желательных свойствах будущего изделия, особенностях его эксплуатации, условиях ремонта, возможном рынке сбыта. Работа начинается с того, что заказчик и исполнитель совместно составляют (и подписывают) Техническое Задание. При этом исполнитель должен получить максимум информации о потребностях, пожеланиях, технических и финансовых возможностях заказчика, обязательных, предпочтительных и желательных свойствах будущего изделия, особенностях его эксплуатации, условиях ремонта, возможном рынке сбыта. Тщательный анализ этой информации позволит проектировщику правильно выстроить логическую цепочку "Задание – Цель – Средства" и максимально эффективно выполнить проект.

Разработка Технического Предложения начинается с изучения Технического Задания. Выясняются назначение, принцип устройства и способы соединения основных сборочных единиц и деталей. Всё это сопровождается анализом научно-технической информации об аналогичных конструкциях. Выполняются кинематический расчёт, проектировочные расчёты на прочность, жёсткость, износостойкость и по критериям работоспособности. Из каталогов предварительно выбираются все стандартные изделия – подшипники, муфты и т.п. Выполняются первые эскизы, которые постепенно уточняются. Необходимо стремиться к максимальной компактности расположения и удобства монтажа-демонтажа деталей. Разработка Технического Предложения начинается с изучения Технического Задания. Выясняются назначение, принцип устройства и способы соединения основных сборочных единиц и деталей. Всё это сопровождается анализом научно-технической информации об аналогичных конструкциях. Выполняются кинематический расчёт, проектировочные расчёты на прочность, жёсткость, износостойкость и по критериям работоспособности. Из каталогов предварительно выбираются все стандартные изделия – подшипники, муфты и т.п. Выполняются первые эскизы, которые постепенно уточняются. Необходимо стремиться к максимальной компактности расположения и удобства монтажа-демонтажа деталей.

На стадии Эскизного Проекта выполняются уточнённые и проверочные расчёты деталей, чертежи изделия в основных проекциях, прорабатывается конструкция деталей с целью их максимальной технологичности, выбираются сопряжения деталей, прорабатывается возможность сборки-разборки и регулировки узлов, выбирается система смазки и уплотнения. Эскизный проект должен быть рассмотрен и утверждён, после чего он становится основой для Технического Проекта. При необходимости изготавливаются и испытываются макеты изделия. На стадии Эскизного Проекта выполняются уточнённые и проверочные расчёты деталей, чертежи изделия в основных проекциях, прорабатывается конструкция деталей с целью их максимальной технологичности, выбираются сопряжения деталей, прорабатывается возможность сборки-разборки и регулировки узлов, выбирается система смазки и уплотнения. Эскизный проект должен быть рассмотрен и утверждён, после чего он становится основой для Технического Проекта. При необходимости изготавливаются и испытываются макеты изделия.

Технический проект Технический Проект должен обязательно содержать чертёж общего вида, ведомость технического проекта и пояснительную записку. Чертёж общего вида должен дать сведения о конструкции, взаимодействии основных частей, эксплуатационно-технических характеристиках и принципах работы .

Требования к машинам и критерии их качества Степень соответствия требованиям характеризуют критерии качества (греч. "крит эрион" – узкое место) – некие конкретные параметры (греч. "пара мэтрос" – измеряемый), т.е. измеряемые или вычисляемые величины. Однако известно, что полное удовлетворение всех требований – абсолютно невыполнимая задача, поэтому всегда приходится идти на компромисс, обозначая главные требования и обеспечивая соответствующие им критерии качества. Отметим поэтому лишь основные требования к деталям и машинам.

Технологичность, экономичность, работоспособность, надежность ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ – изготовление изделия при минимальных затратах труда, времени и средств при полном соответствии своему назначению. ЭКОНОМИЧНОСТЬ – минимальная стоимость производства и эксплуатации. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции. НАДЁЖНОСТЬ – свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению заданных функций (ГОСТ 27.002-83).

Основные принципы инженерных расчетов Чаще всего конструктор имеет дело с расчётами на прочность . Различают проектировочные и проверочные расчёты. Проектировочный расчёт выполняется, когда по ожидаемым нагрузкам, с учётом свойств материала определяются геометрические параметры деталей. Проверочный расчёт выполняют, когда известна вся "геометрия" детали и максимальные нагрузки, а с учётом свойств материала определяются максимальные напряжения, которые должны быть меньше допускаемых.

Математическая формулировка условия прочности любой детали очень проста: Математическая формулировка условия прочности любой детали очень проста:   [],   [] . НАПРЯЖЕНИЯ В МАТЕРИАЛЕ ДЕТАЛИ ДОЛЖНЫ БЫТЬ МЕНЬШЕ ДОПУСКАЕМЫХ Или, говоря техническим языком: Всегда, везде, при любых обстоятельствах конструктор обязан учитывать и обеспечивать такие условия работы, чтобы напряжения в материале деталей не превышали допускаемых

Допуски и посадки в машиностроении ( определения) Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшими предельными размерами, регламентируется ГОСТ. Посадкой называется характер сопряжения двух деталей, определяющий большую или меньшую свободу их относительного перемещения, или степень сопротивления их взаимному смещению.   Посадки неподвижные и подвижные. Посадки, при которых должна быть обеспечена прочность соединения сопряженных деталей, называются неподвижными.  

Посадками для свободного движения, или (кратко) подвижными, называются такие, при которых предусматривается постоянное относительное движение сопряженных деталей во время их работы. Посадками для свободного движения, или (кратко) подвижными, называются такие, при которых предусматривается постоянное относительное движение сопряженных деталей во время их работы. В нашем машиностроении установлен и применяется ряд посадок, которые регламентируются ГОСТ.

Сопряжения деталей машин В зависимости от характера взаимного перемещения сопрягаемых поверхностей деталей различают сопряжения подвижные и неподвижные. Подвижные сопряжения характеризуются взаимными перемещениями сопряженных точек* и поверхностей контакта, обусловленными деформациями деталей и кинематикой узла. Подвижные сопряжения встречаются в конструкциях машин довольно часто, например, в зубчатых (рис.1, а) и винтовых (рис.1, б) передачах, подшипниках качения (рис. 1, в), муфтах (рис.21, г) и др.

Сопряжения деталей машин Рис.1,а),б):

Рис.1, в),г):

Неподвижные сопряжения Они тоже широко распространены в узлах машин. Их образуют путем фиксации взаимного положения сопрягаемых деталей также формозапиранием или сцеплением, которую реализуют в узлах различными конструктивными способами.

Соединение вал - втулка Муфта – устройство для соединения валов, тяг, труб, канатов и т.п. Они , как правило, воспринимают осевые силы. Ее выполняют в виде втулки с резьбой. Муфты для передачи вращающего момента выполняют нерасцепляемой постоянной, компенсирующей или подвижной, а также сцепной. Постоянная муфта представляет собой втулку, надетую на концы соединяемых валов, или жестко соединенные детали, закрепленные на концах валов.

Контрольные вопросы 1.Что означают понятия: эскиз, компоновка, чертеж, пояснительная записка? 2.Содержание технического задания? 3.Требования к машинам и критерии их качества? 4.В чем состоят основные принципы инженерных расчетов? 5.Что понимают под допусками и посадками в машиностроении? 6.Какие силы воспринимает соединение вал-втулка?