ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Учебно-практическое пособие для студентов

специальностей 260201, 260202, 260203, 260204, 260401, 260504, 260302, 260501 всех форм обучения

Москва 2011

УДК – 621.8

В учебно-практическом пособии в краткой форме изложено содержание основных разделов курса «Детали машин и основы конструирования», приведены примеры решения типовых задач, даны контрольные вопросы и тесты, позволяющие осуществлять самоконтроль усвоения материала.

Пособие предназначено для студентов немеханических специальностей.

Учебно-практическое пособие для студентов специальностей 260201, 260202, 260203, 260204, 260401, 260504, 260302, 260501 всех форм обучения.

Авторы: Буторин Л.В., Вахтанов С.И.

Рецензенты: Щеглов С.В., доцент кафедры инженерной графики и проектирования Московского государственного вечернего металлургического института

Самохин О.Н., к.т.н., старший научный сотрудник ВНИПП

Редактор Свешникова Н.И.

109004, Москва, Земляной вал, 73.

Содержание

Введение …………………………………………………………………………. 4

Раздел 1.Основные требования к работоспособности деталей …………….4

Раздел 2. Виды нагрузок ………………………………………………………..4

Раздел 3. Соединения деталей ………………………………………………….5

3.1. Сварные соединения ………………………………………………………...5

3.2. Заклепочные соединения …………………………………………………... 6

3.3. Шпоночные соединения …………………………………………………….6

3.4. Профильные соединения ……………………………………………………7

3.5. Резьбовые соединения ……………………………………………………….8

3.6. Вопросы для самоконтроля к разделу 3 …………………………………....9

3.7. Тесты к разделу 3……………………………………………………………10

Раздел 4. Механические передачи …………………………………………...10

4.1. Основные характеристики привода ……………………………………….10

4.2. Зубчатые передачи ………………………………………………….……...11

4.3. Валы и оси …………………………………………………………………..16

4.4. Подшипники ………………………………………………………………..17

4.5. Вопросы для самоконтроля к разделу 4 …………………………………..19

4.6. Тесты к разделу 4 …………………………………………………………...19

Раздел 5. Муфты ……………………………………………………………….20

Раздел 6. Решение тренировочных заданий ………………………………..20

Раздел 7. Тесты по дисциплине ………………………………………………25

Введение

Машиной называют устройство, предназначенное для преобразования вида энергии, материала, информации за счет механического движения. Соответственно машины подразделяют на: энергетические, технологические, информационные. В состав машин входят механизмы. Механизм- устройство, предназначенное для передачи механического движения от одного или нескольких твердых тел другим твердым телам, как правило с изменением характеристик движения. Твердые и гибкие тела, входящие в состав механизма, называют звеньями. Звенья могут состоять из одной или нескольких деталей, неподвижно соединенных между собой. Деталью называют изделие, выполненное из однородного материала без операций сборки. Работоспособность машины зависит от работоспособности деталей. Под работоспособностью понимают способность машины выполнять свои функции, с заданными нормативными характеристиками в течение срока службы.

Раздел 1. Основные требования к работоспособности деталей

К деталям машин предъявляются следующие требования:

- прочность, жесткость, износостойкость, т.е. способность сохранять форму и размеры поверхностей трения в течение срока эксплуатации;

- надежность, т.е. способностью выполнять свои функции в течение заданной наработки при сохранении эксплуатационных характеристик в необходимых пределах.

Раздел 2. Виды нагрузок

Детали машин работают под воздействием внешних сил и моментов сил, называемых нагрузкой. Действующие на детали нагрузки, можно разделить на три группы.

Статическиенагрузки характеризуются медленным изменением по величине и направлению.

Динамически е нагрузки, характер изменения которых бывает как закономерным, так и случайным. В результате приложения таких нагрузок происходит процесс, ведущий к появлению трещин и разрушению (явление механической усталости).

Ударныенагрузки характеризуются очень кратким во времени действием. Сопротивление материалов определяется их ударной вязкостью

Раздел 3. Соединения деталей

Соединения различают по возможности демонтажа. Соединения, не допускающие разборку без повреждения деталей или элементов крепежа, считают неразъемными.В данную группу входят сварные, заклепочные, паяные, клеевые и другие. Соединения, допускающие повторную сборку-разборку, называют разъемными. Это - резьбовые(болтовые, винтовые, шпилечные), шпоночные, профильные и т.д.

Сварные соединения

Сварныминазывают соединения деталей при сплавлении или пластическом деформировании в месте соединения. Поэтому различают два вида сварки – плавлением и давлением. При сварке в месте соединения формируется сварной шов.

Сварные соединения обладают высокой статической прочностью и низкой усталостной прочностью вследствие наличия в швах трещин, непроваров, и т.д.

По взаимному расположению соединяемых деталей различают:

а) стыковые, б) нахлесточные, в)угловыесварные соединения (рис.3.1).

а) б) в)

Рис.3.1

Условие прочности стыкового шва

(1)

Нахлесточные сварные соединения подразделяют по взаимному положению сварного шва и направлению действующей нагрузки на лобовые, фланговые и комбинированные.

Для нахлесточного шва условие прочности –

, (2)

где k - катет,

l_сум= l_сумл +l_сумф, - суммарная длина лобовых и фланговых швов.

Для сваривания тонкостенных листовых конструкций часто используются точечные сварные соединения. Такие соединения проверяют на срез. Условие прочности имеет вид –

, (3)

где d – диаметр сварных точек;

z – число сварных точек.

Заклепочные соединения

Для соединения листовых и профильных элементов конструкций корпусов, ферм, резервуаров давления и т.д. используются заклепочные соединения.Заклепочные соединения обладают большей, чем сварные, прочностью при повторных ударных и вибрационных нагрузках.

Заклепка (рис.3.2) представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головкой. Вторую головку, замыкающую, формируют посредством обжимки при сборке.

Заклепочные соединения выполняют одно-, двух- и многорядными. По взаимному расположению соединяемых конструктивных элементов заклепочные соединения делятся на нахлесточные и стыковые с одной или двумя накладками

Заклепки работают на смятие и срез. Условие прочности на срез

Условие прочности на смятие

где d – диаметр заклепки;

s - толщина листа.

Рис.3.2

Шпоночные соединения

Шпоночные соединения применяются для передачи вращательного движения. Эти соединениясравнительно просты, надежны. Шпонки подразделяются на призматические, сегментные и клиновые. Геометрические параметры шпонок унифицированы. Рабочими поверхностями шпонок являются боковые грани. Полагают, что шпонки работают на смятие и срез (рис.3.3).

Рис.3.3

Условие прочности на срез

где Т – передаваемый крутящий момент.

Условие прочности при смятии

Допускаемые напряжения для стальных валов, ступиц и шпонок принимают [s]_см = 100…120 МПа.

Соединения сегментными шпонками по условиям работы аналогичны призматическим шпонкам.

Профильные соединения

К профильным относятся шлицевые соединения, которыеобразуются при вхождении выступов (зубьев) на валах в соответствующие впадины (пазы) на ступицах (рис.3.4).

Рис.3.4

Шлицевым соединениям присуща большая нагрузочная способность по сравнению со шпоночными. Шлицевые соединения проверяют на смятие. Условие прочности имеет вид

где y - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шлицами; – длина поверхностей контакта зубьев на валу с пазами в ступице; h – высота данных поверхностей; d_cp – их средний диаметр; z – количество зубьев.

Резьбовые соединения

К резьбовым элементам крепежа относятся болты, винты, шпильки, гайки и резьбовые вставки. (рис.3.5)Цилиндрическая резьбахарактеризуется следующими параметрами: профилем; наружным, внутренним и средним диаметрами; шагом; числом заходов.

По профилю различают резьбы метрические, дюймовые, трубные, трапецеидальные, круглые и квадратные (рис.3.6). Параметры резьб, кроме квадратной, унифицированы. Профиль резьбы характеризуется углом (a), теоретической (H) и рабочей (h) высотами.

Основные размеры резьбы наружный диаметр (d), внутренний диаметр (d₁), средний диаметр (d₂), шаг (р) (расстояние между одноименными точками профиля соседних витков в осевом направлении).

Рис.3.5

Рис.3.6

Расчет витков резьбы на прочность.Наибольшую опасность для крепежных резьб представляет срезвитков. Проверочный расчет витков на срез производят по формуле

где k_c – коэффициент, определяющий полноту профиля резьбы (для метрических резьб k_c =0, 87); H – высота гайки; – осевая нагрузка на резьбу.

Вопросы для самоконтроля к разделу 3

1. Какие основные критерии работоспособности деталей машин?

2.В чем сущность расчетов деталей машин?

3. Какие виды неразъемных соединений получили распространение в промышленности?

4. Какие виды сварки получили распространение в промышленности?

5. Какие преимущества и недостатки соединения деталей сваркой?

6. Какие различают типы сварных швов?

7. Как проводят расчет сварных швов?

8. Какие преимущества и недостатки заклепочных соединений?

9. Как классифицируют заклепочные соединения?

10. По какому фактору определяют прочность заклепочных соединений?

11. Какие различают типы резьбы?

12. Почему для крепежных изделий применяют резьбу треугольного профиля?

13. Назовите основные элементы резьбового крепежа.

Тесты к разделу 3

1. Соединения относятся к разъемным:

а) заклепочные; б) соединения с натягом; в) резьбовые.

2. При циклических нагрузках рекомендуется соединение деталей:

а) сварное; б) заклепочное.

3. Прочность сварного соединения проверяется по материалу:

а) детали; б) шва.

4. В заклепочном соединении прочность заклепки проверяется по напряжениям:

а) на срез; б) на смятие.

5. В заклепочном соединении прочность соединяемых листов проверяют:

а) на срез; б) на смятие.

6. Шпоночное соединение проверяют:

а) на срез; б) на смятие.

7. Размер шпонки выбирают:

а) по крутящему моменту; б) по диаметру вала.

8. Большая сила трения в метрической резьбе является фактором:

а) положительным; б) отрицательным.

9. Наибольшую опасность для резьбового крепежного элемента представляет напряжение:

а) на разрыв крепежного элемента; б) на срез крепежного элемента; в) на срез витков резьбы.

12 3 Следующая ⇒