Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Опубликуйте свой материал в официальном Печатном сборнике методических разработок проекта «Инфоурок»

(с присвоением ISBN)

Выберите любой материал на Вашем учительском сайте или загрузите новый

Оформите заявку на публикацию в сборник(займет не более 3 минут)

+

Получите свой экземпляр сборника и свидетельство о публикации в нем

Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Пособие для подготовки к зачету "Основы деталей машин"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Другое

Пособие для подготовки к зачету "Основы деталей машин"

библиотека
материалов


Федеральное агентство по образованию РФ ГОУ СПО

«Воронежский государственный

промышленно - технологический колледж».








Наумов О. Е.




ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

Учебно-методическое пособие для подготовки

к зачету



ОСНОВЫ ДЕТАЛЕЙ МАШИН











Воронеж 2012 г.


ББК 30.12





Данное методическое пособие представляет краткий сборник лекций по предмету «Элементы технической механики » студентов НПО профессии 30.20 «Автомеханик» и является дополнительным пособием для подготовки студентов к зачету и при выполнении расчетно-графических задач. Методическое пособие разработано в соответствии с рабочей программой по дисциплине, составленной на основе требований Государственного стандарта.





Рецензенты:






доцент кафедры «Транспортных машин» ВГАСУ,

преподаватель спецдисциплин ГОУ СПО «ВГПТК»,

кандидат технических наук

С.А.Никитин





Печатается по решению методического совета Воронежского государственного промышленно-технологического колледжа




Пояснительная записка.


Методическое пособие предназначено для студентов второго курса НПО специальности 30.20 «Автомеханик». Пособие составлено на основе образовательных стандартов и рабочей программы предмета «Элементы технической механики» при изучении курса объёмом 52 аудиторных часа. Оно является третьей частью трех общих разделов курса и рассматривает вопросы «Детали машин ».

В пособии в краткой форме изложены основные теоретические вопросы, определения, формулы, которые рассматриваются на занятиях со студентами. Материал построен таким образом, что по мере изучения основных формул и понятий каждой темы, студенту предлагается ответить на вопросы. Рассматриваемые вопросы относятся к зачетному материалу, на них студент будет отвечать по окончанию изучения всего курса. Полный список вопросов для подготовки к зачету и дополнительная литература, предложена в конце пособия.

В методическом пособии намеренно опущена часть поясняющих схем и графических рисунков, так как они подробно рассматриваются на уроках предмета «Элементы технической механики» и в процессе решения расчетно-графических задач.

Такой нестандартный подход позволяет дифференцированно обучать и оценивать знания студентов. Слабому студенту он дает возможность подготовить минимальный объем знаний для сдачи зачета, сильному - более углубленно и творчески изучить предмет, преподавателю - высвободить время для прямого диалога со студентами при изучении сложных тем и разделов предмета « Элементы технической механики ».










hello_html_41248791.gifhello_html_m36e7e927.gifhello_html_6af6005f.gifhello_html_58258ea9.gifhello_html_m692b2f0a.gifДЕТАЛИ И МЕХАНИЗМЫ МАШИН


    1. Машины и их основные элементы

Человек создал машины для производства различных видов ра­бот или преобразования энергии. Современные машины обеспечи­вают резкое повышение производительности труда человека. На­пример, человек в течение длительного времени может развивать мощность не более 0,1 кВт, а мощность машин-преобразователей энергии (электрических генераторов) достигает 1200 МВт.

Любая машина состоит из двигательного, передаточного и испол­нительного механизмов. Например, у металлорежущего станка дви­гательным механизмом является электромотор, а у автомобиля -двигатель внутреннего сгорания; исполнительным механизмом (его также называют рабочим органом) у токарного станка является суппорт с режущим инструментом, а у автомобиля - колеса. Пере­даточные механизмы преобразовывают и передают движение от двигателя к рабочим органам. Так, в токарном станке движение от электродвигателя к суппорту, т.е. исполнительному механиз­му, передается через ременную передачу, коробку скоростей, ко­робку подач, ходовой винт и ряд зубчатых кинематических пар. В автомобиле функцию передаточных механизмов выполняют коробка скоростей и карданный вал. Таким образом, механизм -это внутреннее устройство машины, приводящее ее в действие.

Детали машин - это составные части машин и механизмов, каж­дая из которых изготовлена без применения сборки (например, вал, шестерня, болт, шплинт, ходовой винт станка, гайка). Число де­талей в сложных машинах может измеряться десятками и сотнями тысяч. Например, в автомобиле более 15 тысяч деталей, в авто­матизированных комплексах прокатного оборудования - более миллиона.

Что называется деталями машин?


В машине можно выделить совокупность совместно работаю­щих деталей, которые представляют собой конструктивно обособ­ленные единицы, объединенные одним назначением; эти сбороч­ные единицы называют узлами. Узлы одной машины можно изготавливать на разных заводах. Примерами таких узлов являются муфты, редукторы, электрошпиндели, шарикоподшипники.

Две подвижно соединенные детали образуют кинематическую пару. На рис.1.1 представлены соответственно низшие (а - враща­тельная; б - поступательная; в - винтовая) и высшая (г - зубчатая) кинематические пары.

Тела, образующие кинематическую пару, называются звеньями. Совокупность звеньев подвижно соеди­ненных кинематических пар называется ки­нематической цепью.

hello_html_m135aad46.pngНа рис. 2 представ­лены кине-матические цепи, состоящие из пары зубчатых колес (рис. 2, а), а также цилиндрических, конической и червячной пар (рис. 2, б). Если в кинематической

Рис.1 цепи одно звено закреплено, то она

является механизмом (рис.3).

В машиностроении при вычерчивании различных кинематиче­ских пар приняты условные обозначения, утвержденные ГОСТом 2.770-68*

hello_html_4e056c05.png

Рис. 2

Что называется механизмом машины?


hello_html_553c89a7.gifhello_html_m7cc52587.gifhello_html_112d7764.gifhello_html_m62aa0da6.gifhello_html_m4b1cdec6.gifhello_html_m7ebb2b86.gifhello_html_d79752.gif Основные критерии работоспособности и

расчета деталей машин

Объект рассмотрения в машиностроении называют изделием. Таковым может быть отдельная деталь, кинематическая пара, узел, машина или система машин. Каждое изделие характеризуется определенными выходными параметрами. Например, в соответ­ствии с нормативными техническими документами координатно-расточный станок с ЧПУ (т.е. машина в целом) должен иметь точность позиционирования 5 мкм. Если с течением времени и при обработке отверстия в корпусной детали на станке не дос­тигается заданная точность межосевых расстояний, то считает­ся, что станок потерял свою работоспособность, хотя он как машина функционирует. Такое заключение связано с тем, что выходной параметр станка (точность позиционирования) вышел за предел, установленный нормативно-технической документа­цией (НТД).

Работоспособность - это состояние изделия, при котором оно способно выполнять свои функции, сохраняя значения заданных выходных параметров в пределах, установленных НТД.

Детали машин должны сохранять эксплуатационные показате­ли и выполнять свои функции в течение заданного срока службы, а также должны иметь минимальную стоимость изготовления и эксплуатации.

Работоспособность изделий характеризуется определенными критериями. Важнейшими из них являются прочность, точность, жесткость, виброустойчивость, стойкость к тепловым воздействи­ям, износостойкость, надежность. По одному или по нескольким из них ведут расчет с целью определения размеров деталей машин и выбора материалов.

Что считается работоспособностью машины механизма?


hello_html_m43149cf1.gifhello_html_3c61198a.gifhello_html_m3518fa5e.gifhello_html_m108a99fa.gifПрочность. Расчеты на прочность деталей машин осуществля­ют по допускаемым напряжениям, коэффициентам запаса проч­ности или вероятности безотказной работы.

Расчеты по допускаемым напряжениям наиболее просты и удобны, используются для машин массового производства, опыт эксплуатации которых значителен.

Прочность деталей, например, станков исключает аварийные ремонты из-за их поломки. Поэтому допускаемое напряжение статически нагруженных деталей рассчитывают по пределу теку­чести (для пластических материалов)


hello_html_6a735eca.gif( 1 )


где nт = 1,1... 1,4 - коэффициент запаса, и по пределу прочности (для хрупких материалов)


hello_html_6564a8dd.gif( 2 )


где пв = 3... 4 – коэффициент запаса.

Прочность деталей, подвергающихся переменной нагрузке, рассчитывают с учетом факторов, влияющих на усталостную прочность, - концентрации напряжений, размеров деталей, состоя­ния поверхностного слоя. В этом случае допускаемое напряжение определяется в зависимости от предела выносливости σr :


hello_html_m72366a7a.gif( 3 )


где п - коэффициент запаса;

εσ - коэффициент, учитывающий масштабный фактор

(влияние размеров детали);

β - коэффициент, учитывающий состояние поверхностных слоев;

kσ - коэффициент концентрации напряжений.

Для конструкций, разрушение которых особенно опасно для жизни людей (паровые котлы, грузоподъемные машины), метод расчета и выбор коэффициентов запаса прочности регламентиро­ван нормами государственного технического надзора.

По каким критериям проводят оценку прочности узлов и механизмов деталей машин?


Точность. Точность деталей машин включает точность формы и размеров отдельных участков детали, а также точность взаим­ного положения этих участков.

Точность обработки характеризуется значениями допущенных при обработке погрешностей, т.е. отступлением размеров обра­ботанной детали от заданных по чертежу. Погрешности обработ­ки должны находиться в пределах допусков. Кроме того, необхо­димо при обработке изделия получить заданную чистоту поверх­ности, которая непосредственно зависит от метода обработки и режимов резания. Точность машины будет в первую очередь зави­сеть от точности и чистоты поверхностей ее деталей. Однако при проектировании и изготовлении машин нужно учитывать и дру­гие факторы, которые могут снижать ее точность.

Рассмотрим металлорежущий станок. В координатно-расточном станке под влиянием усилий, возникающих при резании, узлы деформируются и изменяют свое относительное положение. В ре­зультате отжатий узлов станка под нагрузкой происходит иска­жение траекторий движения инструмента относительно заготовки. Точность обработки изделия при этом будет снижаться. Следова­тельно, на точность координатно-расточного станка (т.е. машины) оказывает влияние жесткость узлов. Кроме того, точность измери­тельных и отсчетных устройств этого станка, предназначенных для перемещения стола с изделием относительно инструмента, будет оказывать большое влияние на точность обработки. Следователь­но, и этот фактор будет влиять на точность станка.

Неточность обработки на станке может возникнуть в результа­те температурных деформаций узлов и деталей станка, а также вследствие снижения качества зубчатых колес и ходового винта, которое влияет на точность кинематической цепи станка. Особен­но это актуально для зуборезных станков, винторезных, зубо- и резьбошлифовальных. Кинематическая точность в зуборезных станках существенно зависит от точности изготовления и монта­жа червяка и червячного колеса в делительной цепи.

При конструировании других машин (автомобилей, самолетов, подъемных кранов) должны быть учтены конкретные факторы, которые могут снижать точность проектируемой машины.

Что такое точность деталей машин ?


Жесткость. Критерий жесткости в машинах является одним из важнейших. Особенно большое значение он имеет в станкострое­нии. Например, прецизионные станки приходится проектировать значительно более массивными, чем другие машины для тех же нагрузок и мощностей.

Жесткость станка влияет на точность обработки, виброустой­чивость и долговечность.

Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению упругих отжатий под действием нагрузки. Она может быть определена как отношение силы F(H), приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию этого узла δ (мм):


hello_html_m4ba6c7c9.gif( 4 )

Как оценить жесткость узла машины?


Износостойкость. В результате постепенного изменения по­верхностей трения при взаимодействии двух сопряженных дета­лей происходит износ. Изнашивание представляет собой проhello_html_m31e9ca32.gifhello_html_m6903f2c4.gifhello_html_m7a290b30.gifhello_html_m758507fd.gifцесс постепенного уменьшения размеров и формы деталей. По статистике большинство деталей машин выходит из строя из-за износа. При износе в миниатюре происходят те же разрушения: пластические и упругие деформации, сдвиг, усталостные разру­шения.

Для большинства деталей наиболее характерен абразивный износ. Абразивные частицы могут попадать извне в смазку или непосредственно на трущиеся поверхности; за счет резания или царапания с отделением микростружки они разрушают эти по­верхности. Кроме того, при относительном перемещении двух поверхностей микровыступы испытывают переменные напряже­ния, вследствие чего в дальнейшем наступает усталостное разру­шение. Появляются микротрещины, что способствует отделению частичек материала. Таким образом, износ при перемещении двух поверхностей сопровождается абразивным износом за счет отде­лившихся частиц.

В большинстве случаев можно наблюдать три стадии износа (рис. 4):

I - период приработки; II - установившийся (или нор­мальный) износ;

III - катастрофический износ.

hello_html_6ab6af53.png

Рис.4

Период нормальной эксплуатации машин (II стадия износа) характеризуется линейной зависимостью между временем изна­шивания t и величиной износа - U (мкм). Скорость изнашивания - γ в этой стадии остается постоянной: γ = U/t. Для абразивного и усталостного износа величину износа можно определить по сле­дующей зависимости:

hello_html_m66c9dc99.gif( 5 )

Где k - коэффициент, зависящий от материала пар трения, смаз­ки,

микронеровностей и других факторов;

p - удельное давление;

vотн - скорость относительного скольжения.

Исключив время t, получим

hello_html_57d24b5.gif( 6 )

Для конкретных пар можно экспериментально определить ко­эффициент А: и в дальнейшем прогнозировать долговечность рабо­ты многих деталей: направляющих скольжения станков, кулисных механизмов, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек скольжения.

Износ вызывает резкое удорожание эксплуатации машин в связи с необходимостью периодической проверки их технического со­стояния, а также ремонта. Это, в свою очередь, связано с простоями и снижением производительности машин.

Существуют следующие мероприятия по повышению износо­стойкости: смазка трущихся поверхностей; применение износо­стойких материалов; защита поверхностей от загрязнения; перенос усилий с ответственных механизмов на менее ответственные (на­пример, обтачивание наружной поверхности на токарном станке производят при включенном ходовом вале, а ходовой винт отклю­чают); введение разгрузки изнашиваемых поверхностей и др.

Как износостойкость влияет на эксплуатационные характеристики машины?


Стойкость к тепловым воздействиям. Работа машины сопрово­ждается тепловыделением, вызываемым рабочим процессом машин и трением в их механизмах. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, является особенно интенсивным у тепловых двигателей, электрических машин, литейных машин и машин для горячей об­работки материалов.

В результате теплового воздействия возникают температурные деформации, которые могут отрицательно влиять на работоспо­собность машин, а именно:

понижать защитную способность масляного слоя в трущихся поверхностях и, следовательно, вызывать повышенный износ или заедание;

изменять зазоры в подвижных соединениях;

понижать точность машин (например, в металлорежущих стан­ках в результате нагрева передней опоры шпинделя может про­изойти отклонение его оси, что приведет к снижению точности обработки).

Расчет температурных деформаций узлов машин может произ­водиться, если известны температурные поля в деталях машины.

При эксплуатации металлорежущих станков, контрольно-изме­рительных машин и другого прецизионного оборудования при­меняют следующие методы борьбы с температурными деформа­циями:

вынос механизмов с тепловыделением за пределы технологиче­ского оборудования (например, гидростанций и гидросистем);

использование смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зо­не резания металлорежущих станков;

принудительное охлаждение узлов;

hello_html_m76fb6070.gifhello_html_m2f1cd1f0.gifhello_html_2d7aa528.gifhello_html_55f5a8ea.gifсоздание термоконстантных цехов, в которых поддерживается постоянная температура;

выравнивание температурного поля путем искусственного по­догрева или охлаждения отдельных узлов;

автоматическая компенсация температурных деформаций - при­менение коррекционных линеек, использование предыскажения программы в станках с ЧПУ.

За счет чего обеспечивается стойкость к тепловым воздействиям в узлах деталей машин ?


Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают спо­собность конструкций работать в заданном диапазоне без недопу­стимых колебаний. В связи с увеличением скоростей машин коле­бания становятся все более опасными. Если частота собственных колебаний узлов машины совпадет с частотой вынужденных коле­баний, наступит резонанс. Это самое опасное состояние машины в целом, так как может произойти разрушение. Вибрации также нежелательны. В металлорежущем станке, например, вибрации ухудшают обрабатываемую поверхность, уменьшают долговеч­ность станка, ограничивают его технологические возможности. Основное распространение в машинах имеют вынужденные, пара­метрические колебания и автоколебания.

Вынужденные колебания возникают под действием внешней пе­риодически изменяющейся силы по следующим причинам:

дисбаланс вращающихся деталей (ротора электродвигателя, шпинделя с расточным резцом);

ошибка в зубчатых передачах (вход в зацепление будет сопро­вождаться ударом);

наличие прерывистой силы резания при фрезеровании, долб­лении, затыловании, протягивании;

наличие внешних источников колебаний.

Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, например момента инерции попе­речного сечения. Предположим, что на вращающийся вал дейст­вует постоянная сила. Если поперечное сечение вала - окруж­ность, у которой моменты инерции относительно всех осей оди­наковые, то никаких колебаний не возникает. Если же попереч­ное сечение - прямоугольник, то вал под действием постоянной силы будет прогибаться по-разному, так как моменты инерции у прямоугольника относительно взаимно перпендикулярных осей различны.

Автоколебания, или незатухающие самоподдерживающие ко­лебания, характеризуются тем, что возмущающие силы возникают в самом процессе колебания. При автоколебательном процессе в случае прекращения колебаний системы перестают существовать и переменные силы, поддерживающие эти колебания. Примером могут служить автоколебания при трении (фрикционные колебания при медленном перемещении столов, суппортов станка по направляющим скольжения). Причиной этих колебаний является переменность силы трения в зависимости от изменения скоростей. Другим примером автоколебаний являются самовозбуждающиеся колебания в металлорежущих станках при резании.

Повышение жесткости узлов машины будет способствовать снижению автоколебаний. Наличие колебаний в машине чаще всего сопровождается шумом. Шум связан с соударением движу­щихся деталей машин. Например, погрешности шага и профиля зубьев зубчатых колес приводят к соударению при входе в зацеп­ление. Повышенный уровень шума повышает утомляемость пер­сонала и, следовательно, вреден для здоровья. Уровень шума измеряется в децибелах (дБ), его предельное значение ограничи­вается санитарными нормами.

Основные меры борьбы с шумом: повышение точности и чис­тоты обработки, уменьшение силы удара конструктивными мето­дами, применение демпферов и материалов с повышенным внут­ренним трением.

Что такое виброустойчивость узлов машины и как с ней бороться?


Надежность. Проблема надежности является одной из основных проблем в машиностроении. Свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение заданного промежутка времени, обус­ловленное безотказностью и долговечностью изделий, называется надежностью.

Известный авиаконструктор А.Н.Туполев говорил: «Чем даль­ше от доски конструктора обнаруживается ненадежность, тем она дороже обходится». Ненадежная машина не сможет эффек­тивно функционировать, так как каждая ее остановка из-за по­вреждения отдельных элементов или снижения технических характеристик ниже допустимого уровня влечет за собой мате­риальные убытки, а в отдельных случаях и катастрофические последствия.

Из-за недостаточной надежности промышленность несет ог­ромные потери. Так, за весь период эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в связи с их износом в несколько раз превышают стоимость новой машины: для автомо­билей - до 6 раз, для самолетов - до 5, для станков - до 8, для радиотехнической аппаратуры - до 12 раз. Из-за коррозии еже­годно теряется до 10% выплавляемого металла.

Надежность закладывается при проектировании и расче­те машины. При изготовлении машины обеспечивается на­дежность; она зависит от качества изготовленных деталей, каче­ства сборки узлов машины, методов контроля и испытания гото­вой продукции и других показателей технологического процесса. При эксплуатации машины реализуется ее надежность.

hello_html_15606731.gifhello_html_74cbc4e.gifhello_html_7f95fd73.gifhello_html_763618ee.gifПоказатели безотказности и долговечности проявляются толь­ко при эксплуатации, зависят от условий использования машины, системы ее ремонта и технического обслуживания.

Безотказность - это свойство изделия непрерывно сохранять свою работоспособность в течение заданного периода времени. В это понятие не включается техническое обслуживание, ремонт, подналадка. Изделие должно сохранять свои начальные парамет­ры в допустимых пределах.

Долговечность - свойство изделия сохранять свою работоспо­собность в течение всего периода эксплуатации до предельного состояния. Здесь учитываются все ремонты, подналадки.

Что такое надежность машины?


Полная или частичная утрата работоспособности изделий назы­вается отказом. По своей природе отказы могут быть связаны с разрушением поверхностей или самих деталей (выкрашивание, износ, коррозия, поломки) или не связаны с разрушением (ослаб­ление предварительного натяга подшипников, засорение каналов). Отказы бывают полные или частичные, внезапные (поломки) или постепенные (изнашивание, коррозия), опасные для жизни человека или нет, устранимые и неустранимые.

Показатели безотказности и долговечности изделия определя­ются в соответствии с теорией вероятности. Вероятность безот­казной работы P(t) в течение заданного времени t (или заданной наработки) и вероятность отказа F(t) - взаимно противополож­ные события. Их сумма всегда равна единице. Вероятность безот­казной работы находится в пределах 0 < P(t) < 1. Например, за время t = 100 ч вероятность безотказной работы составляет P(t) = 0,99. Это следует понимать так: за указанное время работы из­делия вероятность отказа составит 1 %, т. е. F(t) = 0,01.

Основным показателем долговечности элемента изделия явля­ется срок службы (наработка) t до отказа.

При оценке надежности изделия очень важны экономические показатели. Повышение безотказности и долговечности машин связано с дополнительными материальными затратами.

От чего зависит надежность машины?


3. Машиностроительные материалы

Детали машин чрезвычайно разнообразны, поэтому для их из­готовления необходимы материалы с различными свойствами.

Различают конструкционные материалы, которые используют для изготовления деталей машин, и инструментальные материалы, из которых получают режущие инструменты.

При изготовлении изделий из конструкционных материалов одни детали должны обладать повышенной коррозийной стойкостью, другие - иметь сверхпроводимость, третьи - обладать особы­ми магнитными свойствами.

В качестве конструкционных материалов используют различ­ные металлы (алюминий, железо, медь, титан), сплавы металлов (железоуглеродистые - чугун, сталь; магниевые; медноцинковые -латуни; меднооловянные - бронзы; сплавы алюминия и др.), не­металлы (пластмассы, древесину, текстолиты, стеклотекстолиты) и композиционные материалы.

На какие материалы классифицируются детали машин?


Композиционные материалы являются новыми конструкцион­ными материалами. Для их получения в основной материал до­бавляют наполнители, которые и определяют свойства компози­ционного материала. Размеры входящих компонентов колеблют­ся от долей микрометра (для порошковых наполнителей) до не­скольких миллиметров (у волокнистых наполнителей).

Порошковая металлургия позволяет получать композицион­ные материалы, характеризующиеся жаропрочностью и износо­стойкостью, стабильными магнитными и другими свойствами. Порошковая металлургия дает возможность получать псевдо­сплавы из таких несплавляющихся металлов, как медь-вольфрам, серебро-вольфрам, которые обладают высокой электрической про­водимостью и стойкостью к электроэрозионному изнашиванию; из них изготавливают электроконтактные детали.

Композиционные материалы на основе пластмасс характери­зуются высокой химической и коррозионной стойкостью. Они с успехом заменяют дорогостоящие цветные металлы.

Композиционные материалы на основе резины существенно отличаются от металлов. Они характеризуются способностью выдерживать значительные деформации без разрушения, высокой сопротивляемостью к изнашиванию, газо- и водонепроницаемо­стью, диэлектрическими свойствами.

Стекло, керамические, древесные и другие неметаллические ма­териалы имеют свои специфические физико-механические и экс­плуатационные свойства.

Особое место в композиционных материалах занимают волок­нистые материалы. В качестве волокнистых наполнителей ис­пользуют проволоки из вольфрама, молибдена, волокна оксидов алюминия, бора, карбида кремния, графита.

Выбор типа конструкционного материала зависит от физико-механических и эксплуатационных свойств, на которые влияет технологический процесс получения как самих материалов, так и деталей из них.

Какие композитные материалы применяются в узлах деталей машин?


Различные формы деталей машин из заготовок получают при помощи режущих инструментов. Режущие инструменты работают в условиях больших нагрузок, высоких температур, трения и износа. Поэтому инструментальные материалы должны иметь осо­бые эксплуатационные и физико-механические свойства. Матери­ал режущей части инструмента должен иметь большую твердость и высокие допускаемые напряжения на растяжение, сжатие, кру­чение и изгиб. Кроме того, режущий инструмент должен обладать достаточной вязкостью, чтобы воспринимать ударную нагрузку при обработке заготовок из хрупких материалов и с прерывистой поверхностью резания. Режущий инструмент должен сохранять свою твердость, а также режущие свойства при высоких темпера­турах, поэтому инструментальные материалы должны иметь вы­сокую теплостойкость.

Важнейшей характеристикой режущей части инструмента явля­ется износостойкость. В этом случае детали, обработанные одним и тем же инструментом, будут иметь минимальный разброс раз­меров. В целях повышения износостойкости на режущую часть инструмента наносят специальными методами одно- и многослой­ные покрытия из карбидов вольфрама или нитридов титана.

В качестве инструментальных материалов используют инстру­ментальные стали, твердые сплавы, синтетические сверхтвердые и керамические инструментальные материалы, абразивные мате­риалы.

К инструментальным сталям относятся:

-углеродистые инструментальные стали с содер­жанием углерода 1...1,3%; применяют марки У10А, У11А, У12А. Допустимые скорости резания этих сталей - 15... 18 м/мин. Из этих сталей изготовляют метчики, плашки, ножовочные полотна, сверла, зенкеры малых размеров;

-легированные инструментальные стали; их по­лучают на основе инструментальных сталей с добавлением хрома, вольфрама, ванадия, кремния и других легирующих добавок. Легированные стали по сравнению с углеродистыми имеют по­вышенную вязкость в закаленном состоянии, более высокую прокаливаемость, меньшую склонность к появлению трещин при закалке. Допустимая скорость резания - 15...25 м/мин. Применя­ются для изготовления протяжек, сверл, метчиков, плашек, развер­ток (марки 9ХВГ, ХВГ, 6ХС и др.);

-быстрорежущие стали; они содержат вольфрама до 19%, поэтому после термообработки до твердости HRC3 62...65 имеют теплостойкость 600...650°С. Для изготовления режущих инструментов используют стали Р9, Р12, Р18 - резцы, фрезы, долбяки. Быстрорежущие стали с добавлением кобальта (Р9К5, Р18К10) применяют для обработки труднообрабатываемых кор­розионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов в условиях тяжелого прерывистого резания.

Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) рекомен­дуют для инструментов, предназначенных для чистовой обра­ботки (протяжки, развертки, шеверы). Их также применяют для обработки труднообрабатываемых материалов при срезании стружки небольшого сечения. Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6МЗ) используют для инструментов, применяемых для черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов.

Поскольку быстрорежущие стали дорогие, то для экономии режущий инструмент изготовляют сборным или сварным. Хво­стовик выполняют из конструкционной стали 45, 50, 40Х. Часто используют пластинки из быстрорежущей стали, которые прива­ривают к державкам или корпусам инструментов.

Быстрорежущие стали обладают высокой износостойкостью, могут работать со скоростями резания до 100 м/мин;

-твердые сплавы применяют в виде пластинок опреде­ленных форм и размеров, изготовляемых методом порошковой металлургии. Пластинки предварительно прессуют, а затем спе­кают при температуре 1500...1900°С. Твердые сплавы делят на три группы: вольфрамовую (ВК2, ВКЗ, ВК4 и т.д.), титановольфрамовую (Т30К4, Т15К6 и т.д.) и титанотанталовольфрамовую (ТТ7К12, ТТ10К8Б). Пластинки из твердого сплава обладают при HRC3 86...92 высокой износостойкостью и теплостойкостью 800...1250°С. Это позволяет вести обработку со скоростями до 800 м/мин. Пластинки из твердого сплава припаивают к держав­кам медными или латунными припоями. Недостатками твердых сплавов является низкая пластичность.

Твердые сплавы группы ВК применяют для обработки хрупких металлов, пластмасс и других неметаллических материалов. Спла­вы группы ТК используют при обработке вязких металлов и спла­вов. Сплавы группы ТТК отличаются повышенной износостойко­стью, поэтому их применяют для обработки сталей аустенитного класса (труднообрабатываемых);

-синтетические сверхтвердые и керамические инструментальные материалы. Существует большое раз­нообразие сверхтвердых материалов (СТМ) на основе модифика­ций нитрида бора: эльбор (композит 0,1), гексанит-Р (композит 10) и др. Особенность пластин СТМ состоит в том, что они могут обрабатывать твердые сплавы, чугуны любой твердости, но в основном не выдерживают ударной нагрузки.

Инструментальные керамические материалы (ЦМ332, силинит Р и др.) используются для чистовой и полу чистовой обработки незакаленных сталей и серых чугунов со скоростями резания до 900 м/мин, а «черную» керамику (ВОК-60) применяют для чистовой и получистовой обработки ковких, высокопрочных, отбелен­ных чугунов и закаленных сталей;

Какие материалы относятся к инструментальным сталям?


- абразивные материалы - это мелкозернистые порошковые ве­щества, которые используют для изготовления абразивных инстру­ментов: шлифовальных кругов, головок, сегментов, брусков. Есте­ственные абразивные материалы (наждак, кварцевый песок, ко­рунд) применяют весьма ограниченно из-за неоднородности их свойств. В промышленности применяют искусственные абразивные материалы: электрокорунды, карбиды бора, оксид хрома, синте­тические алмазы, борсилокарбид, славутич, эльбор, гексагонит.

Абразивные материалы имеют высокую твердость, износостой­кость и теплостойкость (1200... 1800°С). Инструменты из абразив­ных материалов позволяют обрабатывать заготовки со скоростью резания 15... 100 м/с; в основном их используют для финишной обработки деталей, когда предъявляются повышенные требования к точности и шероховатости обработанных поверхностей.

Для притирочных и доводочных работ, например для доводки инструментов из твердых сплавов, а также для шлифования заго­товок из очень твердых материалов (рубинов, кварца, корунда), используют шлифовальные порошки из карбида бора. Для изго­товления шлифовальных и полировальных паст применяют оксид хрома, венскую известь, трепел.

Борсилокарбид используют для обработки заготовок из твер­дых сплавов, рубина и других сверхтвердых материалов. Эльбор (кубонит) применяют для обработки заготовок из высокотвердых материалов и конструкционных сталей. Инструменты из славутича не уступают алмазным по износостойкости и превосходят их по прочности.

В промышленности используют природные (А) и синтетиче­ские (АСО, АСР, АСМ и т.д.) алмазы. Алмаз является самым твердым материалом, имеет высокую теплостойкость и износо­стойкость, у него практически не происходит слипания со многими материалами. Недостатком алмазов является повышенная хруп­кость. Кристаллы алмазов применяют для оснащения резцов, сверл; алмазы используют для изготовления инструментов (кругов, пил, лент, брусков).

Алмазный инструмент используют при тонком точении дета­лей из сплавов алюминия, бронз, латуней, неметаллических мате­риалов; применяют для обработки заготовок из твердых материа­лов, германия, кремния, полупроводниковых и керамических мате­риалов, жаропрочных сталей и сплавов. Обработку ведут со ско­ростями резания до 20 м/с. Поверхности, обработанные алмазами, имеют низкую шероховатость и малое отклонение размеров, так как алмазы имеют высокую размерную стойкость.

Что такое абразивный инструмент, из чего он состоит?

4. Детали вращательного движения

В машинах много разнообразных деталей вращательного дви­жения: зубчатые колеса, шкивы ременных передач, барабаны, звез­дочки цепных передач, маховики, шпиндели станков, колеса авто­мобилей и гидротурбин. Все эти вращающиеся детали устанавли­вают на валах или осях.

Осью называется деталь, предназначенная только для поддер­жания вращающихся деталей; оси не передают крутящего момента. Чаще всего оси изготовляются прямыми и могут быть двух типов: невращающимися и подвижными, т. е. вращающимися вместе с установленными на них деталями. На расчетных схемах оси пред­ставляют балками, нагруженными изгибающими моментами, т.е. при расчетах не учитывают крутящий момент и силы трения.

Валы, в отличие от осей, не только поддерживают вращаю­щиеся детали машин, но и передают крутящие моменты, поэтому их рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба. Если значения крутящих моментов на валу значительно больше значе­ний изгибающих моментов, то валы считаются легко нагружен­ными и их рассчитывают на кручение, пренебрегая изгибом.

По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и ко­ленчатые. Коленчатые валы применяют при необходимости пре­образования в машине возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот. В таких валах совмещаются функции валов с функциями кривошипов в кривошипно-шатунных меха­низмах. Особую группу составляют гибкие валы, положение гео­метрической оси которых может изменяться в пространстве.

Чаще всего оси и валы имеют две опоры, но существуют и мно­гоопорные трансмиссионные валы, отдельные части которых соединяются муфтами.

Опорные части валов и осей называют цапфами (1 на рис. 5), причем промежуточные цапфы называют шейками, а концевые -шипами. Цапфы передают на опоры радиальную нагрузку; длина цапфы под подшипники качения меньше, чем под подшипники

hello_html_47f001a.png

Рис. 5


скольжения. Для соединения вала или оси с другими деталями на поверхностях делают шпоночные пазы 4, отверстия 3; нарезают резьбу 2 и шлицы 6 (см. рис. 5). Резкие изменения сечений вала снижают его усталостную прочность. Поэтому переход от одного сечения к другому должен выполняться плавно, в виде галтелей 5.

При вертикальном расположении вала осевые силы вала давят на подпятник. В больших гидроагрегатах (типа Волжской ГЭС) подпятники испытывают осевую нагрузку, достигающую 34 МН.

Какие детали относят к деталям вращательного типа?

5. Корпусные детали

Корпусные детали могут иметь разное назначение. Они заклю­чают в себе механизмы машин, поддерживают их, служат базой для взаимного расположения основных узлов и, наконец, образу­ют контур машины или отдельных ее узлов.

Корпусные детали в значительной степени определяют работо­способность и надежность машин по критериям точности работы под нагрузкой, виброустойчивости, долговечности. В стационар­ных машинах корпусные детали составляют 70...85% от всей массы машины. Поэтому вопрос снижения массы корпусных деталей всегда является злободневным, особенно для тяжелых станков.

На рис. 6 показан тяжелый двухстоечный продольно-стро­гальный станок. Станина 1, стойка 2, поперечина 3, перекладина 4 и стол 5 - это все примеры корпусных деталей.

hello_html_m6a049157.png

Рис. 6

К корпусным деталям относятся также корпуса коробок скоро­стей (автомобилей), плиты, рамы, основания, корпуса коробок передач, фундаментные плиты.

Базовой деталью стационарной машины является станина. На станине закрепляются все узлы, при этом обеспечивается точность их взаимного расположения. У металлорежущего станка (см. рис.6) на станине имеются направляющие 6, по которым перемещаются узлы, несущие режущий инструмент или заготовку. Станина явля­ется одной из наиболее ответственных деталей станка, которая определяет многие его эксплуатационные качества. К конструкции станины предъявляются следующие требования: она должна иметь высокую жесткость и виброустойчивость, длительное сохранение точности, технологичность конструкции и минимальную массу, удобное взаимное расположение отдельных узлов, наличие резер­вуаров для смазки и охлаждения, удобство отвода стружки, нали­чие ниш для электродвигателя и электроаппаратуры.

Для корпусных деталей критериями работоспособности и на­дежности являются прочность, жесткость и долговечность.

Прочность является основным критерием работоспособности для корпусных деталей, подверженных большим нагрузкам, глав­ным образом ударным и переменным.

Жесткость служит основным критерием работоспособности большинства корпусных деталей. Повышенные упругие переме­щения в корпусных деталях приводят к неправильной работе механизмов, снижению точности работы машины, способствуют возникновению колебаний.

Долговечность по износу имеет огромное значение для корпусных деталей, имеющих плоские или цилиндрические поверхности сколь­жения, выполненные заодно с корпусом (без прокладок и втулок).

Какие детали называются корпусными ?

Материалы корпусных деталей. Корпусные детали должны иметь большую жесткость; их изготовляют из материалов с высо­ким модулем упругости (из чугуна и сталей без термической об­работки, поскольку термическая обработка для корпусных дета­лей затруднена).

Корпусные детали в транспортных машинах, например карте­ры двигателей, а также подвижные детали стационарных машин, например поршни, нагружаемые большими инерционными масса­ми, чаще всего выполняют из легких сплавов, обладающих повы­шенной прочностью, отнесенной к единице массы детали. Боль­шинство корпусных деталей отливают из чугуна, что позволяет получать сложные геометрические формы.

Сварные конструкции применяют для уменьшения массы и га­баритных размеров, а в единичном и мелкосерийном производст­ве сварные корпусные детали будут дешевле, чем литые.

В тяжелом машиностроении применяют сварно-литые конст­рукции, так как они значительно упрощают изготовление крупных отливок (например, станины продольно-строгальных станков, у которых длина направляющих достигает двадцати метров).

Для крупных корпусных деталей в последнее время стали при­менять бетонные и железобетонные конструкции. Бетон хорошо гасит вибрации, что увеличивает жесткость машины в целом. Кроме того, по сравнению с чугуном бетон менее чувствителен к колебаниям температуры. Хотя модуль упругости бетона мень­ше, чем модуль упругости чугуна, такую же жесткость можно получить за счет увеличения толщины стенок. Масса корпусной детали при этом остается в пределах нормы, так как удельный вес бетона составляет только треть от удельного веса серого чугуна.

Однако бетон имеет недостаток: после схватывания он погло­щает влагу, что влечет за собой объемные изменения. Кроме того, попадание масла на бетон повреждает его. Поэтому следует при­нимать необходимые меры по защите бетона от влаги и попада­ния масла.

Для изготовления станин тяжелых станков используют желе­зобетон. Применение железобетона дает экономию металла на 40...60%, при этом обеспечивается такая же жесткость, как и при применении чугуна.

Перспективным материалом является полимерный бетон, ко­торый имеет высокий модуль упругости (Е = 40 кН/мм2) и лишен недостатков, присущих бетону.

Корпусные детали с минимальной массой, которые не испы­тывают больших нагрузок и не требуют стабильности размеров, изготавливают из пластмасс. К таким деталям относятся корпу­са приборов, переносных машин и инструментов, крышки, ко­жухи и т.д.

Из каких материалов изготавливают корпуса деталей машин?


6. Пружины и рессоры

Пружины и рессоры - это упругие элементы. Область их при­менения очень широка:

сhello_html_m12781fa6.pngоздание заданных постоянных сил - начального сжатия или натяжения - в передачах трением, фрикционных муфтах, тормозах, предо-хранительных устройствах, подшипниках качения;

силовое замыкание меха-низмов для исключения влияния зазо­ров на точность перемещений; выполнение функций двигателя Рис.7

на основе предварительного закручивания пружины, например в часовых механизмах; виброизоляция в транспорт­ных машинах - автомобилях, железнодорожных вагонах, при­борах, виброизоляционных опо­рах машин;

гашение энергии удара, на­пример с помощью буферных пружин, применяемых в артил­лерийских орудиях. Благодаря упругим элементам на больших перемещениях энергия удара гасит­ся и сила удара уменьшается. В отличие от первых трех случаев, буферные и виброизоляционные пружины аккумулируют вредную для работы машины энергию;

измерение сил в измерительных приборах через упругое пере­мещение витков пружины.

Рессоры (рис. 7) получают из листового материала; для увели­чения гибкости их собирают из листов разной длины, что при­ближает их к телам равного сопротивления поперечному изгибу. Трение между листами обеспечивает демпфирование колебаний. Листовые рессоры применяют в основном для виброизоляции (уп­ругие подвески автомобилей, железнодорожных вагонов) и воспри­ятия удара (в кузнечно-прессовом оборудовании). Для обеспечения плотного контакта между листами и некоторой разгрузки длинных листов (поломка которых более опасна, чем коротких) короткие листы выполняют с большей кривизной. Рессоры изготавливают из кремнистых сталей, кремненикелевых и хромомарганцовистых.

При упрощенном расчете на изгиб рессоры рассматривают как консольную балку, имеющую треугольную форму в плане, разре­занную на полосы и собранную в пакет. Допускаемые напряжения выбирают в пределах 40... 60 МН/см2.

Что называется рессорами?


Пружины - наиболее универсальные упругие элементы; они применяются во всех шести случаях, перечисленных выше. Пружи­ны могут работать на растяжение (рис. 3.8, а), сжатие (рис. 3.8, 6) и кручение (рис. 3.8, в). Единственно, они не воспринимают попе­речный изгиб. В этом случае их заменяют рессорами.

hello_html_m561baec7.png

Рис. 8

По форме пружины очень разнообразны: цилиндриче­ские (рис. 8, а-в), плоские спиральные (рис. 8, г), тарельчатые (рис. 8, д), фигурные и др.

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные упругие свойства. Поэтому основными материалами являются высокоуглеродистые стали 65, 70, марганцовистая сталь 65Г, крем­нистые стали 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и др.

Что называется пружинами?

7. Неразъемные соединения деталей

К неразъемным относятся соединения, не допускающие отно­сительного перемещения деталей машин. Это сварные, заклепоч­ные и клеевые соединения; неподвижные соединения, полученные армированием пластмассовых деталей. Сюда можно отнести и неподвижные соединения деталей по посадкам с натягом.

Сварные соединения - это неразъемные соединения, основан­ные на использовании сил молекулярного сцепления и получае­мые путем местного нагрева изделий. Сварка (электродуговая, электрошлаковая) осуществляется нагревом до расплавленного или тестообразного состояния, но с применением механического усилия (контактная сварка).

Сварные соединения являются наиболее совершенными неразъ­емными соединениями. Сваркой можно изготавливать детали неог­раниченных размеров. Прочность сварных соединений доведена при статических и ударных нагрузках до прочности целого метал­ла. В настоящее время освоена сварка всех конструкционных ме­таллов, включая высоколегированные, а также цветных сплавов и пластмасс.

Качество сварки зависит от чистоты подготовки и формы сва­риваемых поверхностей, квалификации сварщика и условий про­изводства работ. Прочность сварных швов зависит от взаимного проникновения расплавленного металла и металла свариваемых деталей. Если глубина шва менее 1,5 мм, то возможен непровар, а если она больше 3 мм, то может быть пережог металла сваривае­мых деталей. Оба дефекта приведут к снижению прочности шва.

Что называется неразъемными соединениями?


По взаимному расположению соединяемых элементов сварные соединения можно разделить на следующие группы:

соединения встык (соединяемые элементы сваривают по тор­цам, рис. 9);

соединения внахлестку (поверхности соединяемых элементов частично перекрывают друг друга);

соединения тавровые (соединяемые элементы перпендикуляр­ны один к другому, при этом один элемент приваривается торцом к боковой поверхности другого);

hello_html_6afdb3dd.png

Рис. 9

соединения угловые (соединяемые элементы расположены под углом друг к другу, привариваются по кромкам).

Сварные стальные конструкции легче чугунных литых иногда до 50%, а стальных литых - до 30%. Кроме того, стоимость свар­ных конструкций из проката почти в два раза меньше, чем стои­мость стального литья или поковок.

Недостатком сварки является нестабильность качества шва, за­висящая от квалификации сварщика. Этот недостаток устраняется путем применения автоматической сварки.

При проектировании сварных соединений необходимо выпол­нять условие равнопрочности шва и соединяемых элементов.

Шов встык имеет несколько разновидностей, зависящих от тол­щины соединяемых элементов (табл.1). Для элементов малой толщины применяют сварку с отбортовкой (см. рис. 3.9, а); для элементов средней толщины - сварку без скоса кромок (см. рис. 3.9, б) и со скосами кромок (см. рис. 3.9, в); для элементов боль­шой толщины - сварку с криволинейными скосами (см. рис. 3.9, г) и с четырьмя скосами (см. рис. 3.9, д).

Таблица 1

Толщина элементов 5, мм, при соединении встык дуговой сваркой

Вид сварки



Форма шва по рис. 9

а

б

в

г

д

Ручная

1...3

3...8

3...26

20...60

12...60

Автоматическая под флюсом

1,5...3,0

2...20

14...24

24... 160

20...60

Вhello_html_m6e3e37c4.pngсе виды швов встык при высоте наплавляемого металла h могут выполняться нормальными (h = δ), усиленными (h = 1,2δ) или облегчен-ными (δ > h) .hello_html_m5bdcf38d.gif Стыковые швы рассчитывают на прочность по номинальному сечению соединяемых элементов (без учета утолщения швов). На­пряжение растяжения (сжатия) а

Рис. 10 определяется по формуле

hello_html_m3f85fbe2.gif( 7 )


где l - расчетная длина шва в мм, равная длине шва за вычетом 10 мм на непровар.

Допускаемые напряженияhello_html_m54242ef7.gif в сварных швах выбираются по табл. 3.3. Допус­каемая растягивающая (или сжимающая) сила



hello_html_m7092a4c2.gif( 8 )


Если в плоскости соединяемых элементов действуют изгибаю­щий момент М и растягивающая (сжимающая) сила, то напряже­ние определяют по формуле

hello_html_4f96e843.gif( 9 )

где Wc - момент сопротивления расчетного сечения шва.

Соединения внахлестку, как правило, выполняются угловыми, или валиковыми, швами (рис. 11). По расположению к нагрузке угловые швы разделяют на: лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы ; фланговые, расположенные параллельно к направлению силы косые, расположенные под углом к направлению силы , и комбинированные. Длину угловых швов выбирают не менее 30 мм из-за неизбежных дефектов по концам швов. Лобовые швы накла­дывают с двух сторон, величина перекрытия должна быть не ме­нее 45. Максимальную длину лобовых и косых швов не ограничи­вают. Длину фланговых швов рекомендуют выбирать не более (50...60) k , где k - катет треугольника поперечного сечения шва. Размер k, как правило, равен толщине листов δ. Расчет всех угло­вых швов производится по единым формулам

hello_html_m67eea5d5.gif( 10 )


Таблица 2.

Допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке

hello_html_4e4c5728.png

Примечание. [σ]р - допускаемое напряжение для основного металла конструкции при растяжении; [σ ‘]p, [τ’ ]ср - допускаемые напряжения соответственно при растяжении для стыкового шва и срезе для углового шва.

Объясните методику расчета неразъемных соединений.


hello_html_m2235a3be.png

Рис. 11

hello_html_m3be18780.gifhello_html_59658be1.gifhello_html_59658be1.gifhello_html_3fe21826.gifhello_html_1cf6ad56.gifhello_html_m247bf2eb.gifhello_html_mbaa4f8a.gifhello_html_m62f4c6fc.gifhello_html_50381187.gifhello_html_md0d9f9.gifhello_html_13824e38.gif8. Разъемные соединения деталей

Кhello_html_m3d59dfd8.png разъемным соединениям деталей относятся: резьбовые, фрик­ционные с коническими кольцами, клиновые, штифтовые, шпоноч­ные, шлицевые и профильные (бесшпоночные). Разъемные соеди­нения можно неоднократно разбирать и вновь собирать. Рассмот­рим наиболее часто встречающиеся в машиностроении разъемные соединения деталей.

Резьбовые соединения - это разъемные соединения, выполнен­ные с помощью резьбовых крепежных деталей - винтов, болтов 2 (рис. 12), шпилек, гаек 1 (рис. 12) или резьбы, нанесенной не­посредственно в соединяемой детали.

Резьба образуется путем нанесения на поверхность деталей винтовых канавок с сечением согласно профилю резьбы. Образо­ванные таким образом выступы носят название витков. Возмож­ны следующие профили резьб, применяе-мых для винтовых пере­дач: треугольный (рис. 13. а), прямоугольный прямоуголь- Рис. 12

ный (рис. 13. б) и трапецеидальный (рис.13. в).

Термин «винт» применяют как в общем (объединяющем также болты и шпильки), так и в частном (винт, вращаемый при завин­чивании и отвинчивании, т.е. ввинчивающийся в деталь) смыслах. От этого названия возникли другие термины: винтовое движение, винтовая линия, винтовая поверхность. Термин «резьба» произо­шел от технологического процесса ее изготовления - нарезания.

Что называется разъемными соединениями?


Гайка - это деталь с резьбовым отверстием, навинчиваемая на винт и имеющая форму, приспособленную для захвата гаечным клю­чом или рукой.

Различают правую и левую резьбу. Если со стороны торца винта на наружной части вин­товая линия поднимается слева направо, то резьбу называют правой, если справа налево - левой.

Независимо от профиля все резьбы имеют стандартизованный шаг винта р (см. рис. 13). Это основная характеристика винта, которая

hello_html_7e2ef512.gifhello_html_3469d1e5.png

Рис. 13

показывает, на какое расстояние (в мм) перемещается гайка (или болт) вдоль своей оси за один оборот.

Если в резьбовом изделии выполнена многозаходная резьба, то за один оборот гайка вдоль своей оси переместится на величину хода


S = kp (11)

где k - заходность резьбы.

Резьбовые соединения получили большое распространение в машиностроении. В современных машинах детали, имеющие резь­бу, составляют свыше 60% от общего числа деталей.

Охарактеризуйте принцип работы резьбовых соединений.


Клиновое соединение - это разъемное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина. Типичным примером клино­вого соединения является соединение вала со втулкой.

В клиновых соединениях применяют почти исключительно од-носкосные клинья, так как двухскосные являются более сложными в изготовлении, а преимуществ перед односкосными не имеют. Рабочие поверхности клиньев выполняют цилиндрическими или плоскими с фасками (рис. 14 ). В силовых клиновых соединениях выбирают уклоны 1:100, 1:40, 1:30. Установочные клинья имеют уклоны 1:10, 1:6, 1:4.

Если клин соединяет со втулкой вал диаметром d, то толщина клина (из условия равнопрочности вала на растяжение и на смя­тие клином)

b = (0,25...0,30)d ; высота сечения клина h > 2,5 b.

Чтобы клин не выдавливался из гнезда, необходимо соблюдать соотношение между углом трения φ и углом наклона α: ъ

α ≤ 2φ, (12)

где tgα = (h1 - h2)/l (для односкосного клина).

Условие (12) называется условием самоторможения клина


hello_html_m1ad99387.png

Рис. 14

Объясните отличие в работе клиновых и резьбовых соединений.

Соединения штифтами. Штифты предназначены в основном для взаимного фиксирования деталей, а также для передачи относительно небольших нагрузок. Применяются и специальные срезающиеся штифты, служащие предохранительным элементом в муфтах.

Штифты разделяют на гладкие с насеченными или выдавлен­ными канавками, пружинные. По форме штифты разделяются на цилиндрические и конические. Гладкие штифты изготавливают из стали 45 и А12, штифты с канавками и пружинные - из пружин­ной стали.

hello_html_3df4da70.png

Рис.15

Цилиндрические штифты ставят в отверстия с натягом (рис.15, а); иногда концы штифтов расклепывают (рис. 15, б). В дета­лях, которые постоянно подлежат разборке, отверстие разверты­вают, что позволяет разъединять соединение без выколачивания штифтов.

Наибольшее распространение получили гладкие конические штифты; их выполняют с конусностью 1:50. Простые штифты, за­биваемые в отверстия (рис. 16, а), используют только для сквоз­ных отверстий, когда с противоположной стороны их можно

hello_html_m1578145f.png

Рис.16

hello_html_2370b128.gifhello_html_3af3b3b0.gifhello_html_m1c13d31d.gifвыбить. Штифты с резьбой для извлечения при разборке (рис. 16, б) применяются для установки в глухие отверстия. Штифты с резь­бой, затягиваемой гайкой (рис. 16, в), используются в соедине­ниях, подверженных толчкам и ударам, а также в быстровращающихся соединениях. Для передачи нагрузки, а не для фиксирова­ния взаимного положения деталей, используют штифты с канав­ками.

Что такое штифтовое соединение, и какие виды их вы знаете?


Шпоночные соединения - это многоразмерные соединения де­талей, предназначенные для передачи, главным образом, враща­тельного движения (вала со шкивом, с зубчатым колесом). Эти соединения применяют в тех случаях, если к точности центри­рования соединяемых деталей не предъявляется особых требо­ваний.

hello_html_m67517c3f.png

Рис. 17

Соединение шпонками 1 может быть неподвижным (рис.17) или подвижным вдоль оси вала 2. В последнем случае направ­ляющая шпонка притягивается к валу винтами. Шпонка при­мерно наполовину высоты входит в паз вала и наполовину - в паз ступицы колеса. Боковые (рабочие) грани шпонки передают вращение от вала к колесу и обратно. Форма и размеры боль­шинства типов шпонок стандартизованы и зависят от условий работы соединяемых деталей и диаметра вала. По форме стан­дартные шпонки разделяются на призматические, клиновые, сег­ментные и тангенциальные с прямоугольным поперечным сече­нием.

На продольных разрезах все шпонки показывают нерассеченными. Размеры сечений шпонок и пазов выбирают в зависимости от диаметров валов.

Материал - сталь чистотянутая для шпонок с временным со­противлением разрыву не менее 590 МПа.

Шлицевые соединения применяют для более точного центри­рования деталей на валах; они передают, по сравнению со шпо­ночными соединениями, большие крутящие моменты, имеют большую усталостную прочность. На валах делают выступы, а на дета­ли - впадины соответствующих форм и размеров.

Наибольшее распространение получили шлицевые соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилями зубьев. Шлицевые соединения выполняют с разным числом зубьев (от 6 до 20 - у прямобочных, от 12 до 50 - у эвольвентных).

Шлицевые соединения выполняют подвижными и неподвиж­ными. Как правило, при ограниченных диаметральных габаритных размерах выполняют неподвижные шлицевые соединения тре­угольного профиля с модулем от 0,2 до 1,5 мм и числом шлицев от 20 до 70.

Какие материалы применяются для шпонок в шпоночных соединениях?

9. Подшипники скольжения

Подшипники скольжения - это опоры вращающихся деталей, работающие в условиях относительного скольжения поверхности цапфы по поверхности подшипника, разделенных слоем смазки.

По направлению нагрузок, действующих на подшипники скольжения, последние подразделяют на радиальные и упорные. Радиальные подшипники воспринимают нагрузки, направленные перпендикулярно к оси вала, а упорные подшипники – осевые нагрузки.

Различают несколько типов подшипников:

а) гидродинамические подшипники скольжения, в которых слой
смазки захватывается поверхностью цапфы в процессе вращения
вала. В технической литературе их часто называют просто под­-шипниками скольжения. По сравнению с другими подшипниками
скольжения они используются чаще всего;

б) гидростатические подшипники скольжения - в них масляный
слой между трущимися поверхностями создается насосом до на-­
чала вращения вала. В гидростатических подшипниках уменьша-­
ется влияние погрешности шеек валов и подшипников на точ-­
ность вращения (до 5-10 раз). Они применяются в опорах тяжелых
тихоходных барабанов (шаровых мельниц, вращающихся печей);
опорах с минимальным трением испытательных машин и приборов; опорах для механизмов, требующих точных перемещений (по­
воротных устройств телескопов, делительных столов); опорах
шпинделей прецизионных станков. При пуске паровых турбин,
гидрогенераторов используют гидростатическую разгрузку. Недо-­
статками гидростатических подшипников являются большие поте­ри мощности на прокручивание вала даже на холостом ходу, а
также сложность конструкции подшипника, необходимость сбора
масла, вытекающего из опоры;

Что называется подшипником скольжения?


hello_html_m706889fe.gifhello_html_m357815b3.gifhello_html_1dbbb841.gifhello_html_m174b603a.gifhello_html_4ab545a2.gifв) подшипники с воздушной смазкой. Скорость вращения вала в таких подшипниках практически не ограничивается - опоры с воз­душной смазкой работают с малыми потерями и ничтожным нагре­вом, вязкость смазки почти не меняется от изменения температуры (вязкость воздуха в 100 раз меньше вязкости наименее вязкой из применяемых жидких смазок - керосина). Кроме того, ресурс воз­духа не ограничен, не требуется собирать смазку и по трубопрово­дам отправлять обратно в масляный бак. Для этих подшипников диаметральные зазоры назначают в пределах 10...30 мкм.

Опоры с воздушной смазкой могут быть аэродинамическими и аэростатическими. В аэродинамических подшипниках воздух мо­жет самозасасываться в зазор из атмосферы через торцы подшип­ников, в аэростатических воздух подается под давлением извне еще до начала вращения, таким образом вал поддерживается воздуш­ной подушкой. По эксплуатационным свойствам эти опоры близки к гидростатическим, но имеют меньшие силы трения. Воздушные опоры используют в прецизионных металлорежущих станках, в электрошпинделях внутришлифовальных станков (с частотой вра­щения 40 000 ... 300 000 об/мин).

Недостатки воздушных опор: недопустимость перегрузок, при­водящих к сухому трению; высокая точность изготовления; необхо­димость поддержания заданного давления в пневмосети, так как при падении давления в аэростатических опорах возникает аварий­ная ситуация;

г) электромагнитные бесконтактные опоры - используют при очень больших скоростях. Потери в таких опорах ничтожны и допустимая скорость обычно определяется прочностью ротора. Недостатком является высокая стоимость изготовления.

Подшипник скольжения состоит из корпуса, вкладышей, под­держивающих вал, а также смазывающих и защитных устройств. Корпус подшипника может представлять собой отдельную ли­тую или сварную деталь, присоединяемую к машине, или может выполняться как одно целое с неподвижной частью машины или с подвижной ее деталью, например с шатуном. Корпуса подшипни­ков выполняют цельными или разъемными.

Разъемный подшипник (рис. 18 ) состоит из корпуса 2, прикре­пляемого к станине 1 болтами 3, крышки подшипника 4 со сма­зочным устройством 5 и сменных вкладышей (полувтулок) 6. Крышка подшипника соединяется с корпусом болтами 7. Зазор между валом и вкладышами регулируется прокладками, а по мере износа вкладышей - подтягиванием болтов 4.

Разъемные корпуса облегчают монтаж валов, допускают регу­лировку зазоров в подшипнике. Основное применение разъемные корпуса нашли в тяжелом машиностроении.

Вкладыши применяют для того, чтобы не выполнять корпуса подшипников из дорогих антифрикционных материалов, а также для облегчения ремонта подшипников после износа. В неразъем­ных подшипниках вкладыши выполняют в виде втулок, а в разъ­емных - в виде полувтулок.

hello_html_m58e7f6e9.png

Рис.18


Вкладыши за весь срок службы изна­шиваются на глубину, измеряемую, как максимум, в десятых до­лях миллиметра. Однако выполняют вкладыши гораздо большей толщины, так как этого требуют условия прочности. Вкладыши чаще всего выполняют биметаллическими: на стальную (чугунную или бронзовую) основу наплавляется тонкий антифрикционный слой.

Какие типы подшипников скольжения вы знаете?


В мелкосерийном и индивидуальном производстве наряду с биметаллическими вкладышами применяют более простые в из­готовлении сплошные вкладыши из антифрикционных материа­лов средней и высокой прочности. Вкладыши из антифрикцион­ных чугунов, текстолита, прессованной древесины обычно изго­тавливают сплошными.

Толщина литого вкладыша, устанавливаемого в корпусе, δВ = (0,035... 0,05) d + 2,5, где d - диаметр цапфы, мм. Толщина за­ливки принимается 5, = 0,0Id. Уменьшение толщины заливки благоприятно сказывается на повышении усталостной прочно­сти слоя. Например, уменьшение толщины слоя с 2 до 1 мм уве­личивает усталостную прочность баббитового слоя в два раза.

Толщина полиамидного вкладыша δВ = (0,04...0,05)d + 1, тол­щина пластмассового покрытия δ2 = (0,015...0,020)d. В массовом производстве вкладыши штампуют из ленты, на которую нанесен антифрикционный материал. Это приводит к значительной эко­номии цветных металлов (до 3-10 раз), сокращению трудоемкости (до 10 раз) и повышению качества подшипников

hello_html_37c67855.gifhello_html_129b87f9.gifhello_html_611d7ae8.gifhello_html_38b9b932.gifhello_html_5b2c2f5e.gifhello_html_20806519.gifПриведем оптимальное отношение длины вкладыша l к его внутреннему диаметру d:

в коротких подшипниках скольжения

l = (0,3...0,4)d (13)

в подшипниках быстроходных поршневых двигателей внутрен­него сгорания (авиационных и автомобильных)

l= (0,5...0,6) d (13а)

в подшипниках дизелей

l = (0,5...0,9)d (13б)

в подшипниках жидкостного трения прокатных станов

l = (0,6...0,9)d (13в)

в подшипниках общего машиностроения длина иногда доходит до 1,5d.

Материалы для подшипников выбирают применительно к ра­боте в паре со стальными цапфами валов. Их подразделяют на сле­дующие группы:

а) металлические - баббиты, бронзы, сплавы на цинковой ос­нове, сплавы на алюминиевой основе, антифрикционные чугуны;

б) металлокерамические;

в) неметаллические - пластмассы, древесные пластики, рези­ны и др.

Для подшипников жидкостного трения осуществляются сле­дующие расчеты.

Расчет по допускаемым давлениям в подшипниках. Как правило, расчет ведут по нагрузке на опору (по реакции К), отнесенной к проекции цапфы:

hello_html_m44077c0d.gif(14)


В подшипниках большинства стационарных машин р = 1 ...4 Н/мм2 в зависимости от условий работы и материалов; в коренных под­шипниках двигателей внутреннего сгорания р = 4...20 Н/мм2; в подшипниках валков прокатных станов р = 15...50 Н/мм2.

Расчет используется как проверочный, так как диаметр цапфы уже определен конструктивно после расчета вала.

Расчет по произведению давления в подшипнике на скорость скольжения:

hello_html_79b4c7e4.gif(15)


Произведение pv характеризует в некоторой степени теплообразо­вание в подшипнике, а также износ.

Вhello_html_15a29385.png подшипниках стационарных машин :

pv = 2... 10 Нм/(мм2с). В опорах скольжения быстроходных и тяжелонагруженных ма­шин при хорошем охлаждении значение pv может быть значи­тельно выше. В подшипниках автомобильных двигателей pv=25...35Нм/(мм2с), поршневых авиационных двигателей 30...50, прокатных станов 40... 200, паровых турбин 100 Н-м/(мм2с) и выше.

Рис. 19


По какому принципу подбирают и рассчитывают подшипники .



Пример 3.3

На рис. 19 показан вал чер­вячного редуктора, воспринимаю­щего радиальные нагрузки R1 = 9000 Н и R2 = 7000 Н и осевую А = 3000 Н. Вал вращается с угловой скоростью ω = 7,65 рад/с. Цапфы вала имеют одинаковый диаметр d = 60 мм, a d1 = 65 мм. Вкладыши выполнены в виде втулок из бронзы БрОЦС6-6-3. Определить длину вкладышей l и диаметр D торцовой части вкладыша, воспринимающей осевую нагрузку.

Решение.

  1. В соответствии с рекомендациями [8], изложенными выше, для механиз­ма стационарной машины принимаем [р] = 3 Н/мм2.

  1. Расчет по допускаемому давлению проводим для левой опоры, так как

она испытывает большую нагрузку, чем правая. Из зависимости


hello_html_m66223631.gifопределяем длину вкладыша:

hello_html_m2e654587.gif

3. Проверяем пару цапфа - вкладыш на допускаемое произведение давле­ния на скорость pv < [pv]. Вначале определим окружную скорость

hello_html_1e98e457.gif


Критерий pv = 3 · 0,23 = 0,69 Нм/(мм2с). Допускаемое значение этого критерия для стационарных машин находится в пределах 2…10 Нм/(мм2с), что значи­тельно выше фактического.

hello_html_m7863ba0.gifhello_html_1ddb303e.gifhello_html_m59dbfae4.gif4. Из условия износостойкости торцовой части вкладыша фактическое
давление на его торец

hello_html_ff09d6f.gif


должно быть меньше допускаемого .

Из этого условия определим диаметр


hello_html_m357d0222.gif


5. Проверяем на нагрев торцовую часть вкладыша при линейной скоро­
сти, соответствующей среднему диаметру опорной поверхности:

hello_html_7c6eedb9.gif

При этом критерий p1vср = 3 · 0,267 = 0,801 Нм/(мм2с), что значительно ниже допускаемого: [pv] = 2....10 Нм/(мм2с).


Подпятники. Опоры скольжения вер­тикально расположенных валов назы­ваются подпятниками (рис.20). В кор­пусе 2 подпятника размещается брон­зовая или стальная линза 3, которая по мере износа заменяется новой. В ряде случаев, в зависимости от вида смаз­ки, вкладыши изготовляют из дерева, текстолита, винипласта, резины и др. Втулка 1 воспринимает радиальные нагрузки. Корпус подпятника выпол­няют из серого чугуна или стального литья.

hello_html_5a0e4e1e.png




Рис. 20

10. Подшипники качения

Подшипники качения - это опоры вращающихся деталей, ис­пользующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения. Они состоят (рис. 21, а) из внутрен­него 1, наружного 2 колец, тел качения 3 и сепаратора 4, разделяющего

hello_html_72ad6a38.png

Рис. 21

и направляющего тела качения. По числу тел качения подшипники могут быть однорядные (рис. 21, а) и двухрядные (рис. 21, в).

По характеру воспринимаемых нагрузок подшипники качения делятся на радиальные (рис. 21, а), воспринимающие только ради­альные нагрузки; упорные (рис. 21 б), воспринимающие только осевые нагрузки, и радиально-упорные, воспринимающие радиаль­ные и осевые нагрузки.

Что называется подшипником качения?


По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые (рис. 21) и роликовые. В роликоподшипниках тела качения могут иметь форму коротких цилиндрических роликов (рис. 22, а), длинных цилиндрических роликов (рис. 22, б), конических роли­ков (рис. 22, в), бочкообразных роликов (рис. 22, г), игольча­тых роликов (рис. 22, д).

hello_html_m71e2e17.png

Рис. 22

Шарикоподшипники более быстроходны, а роликоподшипни­ки имеют большую грузоподъемность. Цилиндрические ролико­подшипники, близкие по быстроходности к шариковым, плохо воспринимают осевые нагрузки. Конические роликоподшипники, обладающие одинаково высокой радиальной и осевой грузоподъ­емностью, допускают менее высокие частоты вращения.

hello_html_m2174aef1.gifhello_html_4e50f90a.gifhello_html_3f5e6887.gifhello_html_m546e6e01.gifhello_html_m568f32e.gifВсе виды подшипников стандартизованы и в зависимости от размеров, действующих на них нагрузок и долговечности объеди­нены в серии: легкие, средние и тяжелые подшипники.

Дайте классификацию подшипникам качения.


Расчет на долговечность. Подшипники качения теряют работо­способность из-за усталостного разрушения поверхностных слоев дорожек качения и тел качения. Поэтому они рассчитываются на долговечность работы. На основе многочисленных эксперимен­тов была установлена зависимость между нагрузкой Q и ресурсом (суммарным числом L оборотов до появления признаков уста­лости):


hello_html_300aaa48.gif(16)


где α - показатель степени; для шарикоподшипников α = 3, для роликоподшипников α = 3,33; С - динамическая грузоподъем­ность, которую подшипник может выдержать в течение 106 обо­ротов.

Поскольку подшипники качения подвергаются совместному действию радиальной и осевой нагрузок, то вместо Q подставля­ют приведенную нагрузку, которая для различных типов подшип­ников вычисляется по-разному. Кроме того, имеет значение соот­ношение между осевой и радиальной нагрузками .

Подшипники качения в настоящее время являются основным видом опор в машиностроении. Они обладают рядом преимуществ. Во-первых, это стандартный узел, наиболее стандартизованный в международном масштабе и централизованно изготавливаемый. В силу этого подшипники качения дешевле, чем подшипники скольжения. Во-вторых, подшипники качения хорошо работают при изменении нагрузок, при различных частотах вращения и ре­версах, чего нельзя сказать о подшипниках скольжения. В-третьих, у подшипников качения меньше, чем у подшипников скольжения, пусковые моменты, так как меньше моменты сил трения, а следова­тельно, и меньшее тепловыделение. Далее, поскольку подшипни­ки качения чаще всего смазывают густой смазкой, то имеет место меньший расход смазочного материала по сравнению с подшип­никами скольжения. Для подшипников качения не нужно расхо­довать дорогостоящие цветные материалы и предъявлять особые требования к материалу и термообработке цапф валов.

Объясните, как проверяют подшипники срок их службы?


К недостаткам подшипников качения относятся: ограниченный срок службы; переменная жесткость, вызывающая возникновение параметрических колебаний; большие диаметральные размеры; меньшая, чем у подшипников скольжения, способность демпфиро­вания колебаний.


11. Муфты

Назначение муфт - соединять отдельные валы, являющиеся один продолжением другого, и передавать при этом крутящий момент. Такие муфты называются приводными. Кроме них в ма­шиностроении существуют муфты для соединения труб тяг и дру­гих деталей.

Нерасцепляемые (неуправляемые) муфты используют в слу­чае, когда валы по условиям технологии изготовления и сборки приходится делать составными, причем составной вал должен работать как целый. К этой категории относятся: а) глухие муф­ты 1 (рис. 23), которые соединяют соосные валы 2 и 3( б) упругие муфты, назначение которых - смягчать ударные нагрузки, а также компенсировать некоторую неточность взаимного положения ва­лов. Примером гибкой муфты является сильфонная муфта 2 (рис.24), которая используется для соединения вала высокомоментного электродвигателя 3 станка с ЧПУ модели ИР 500 Ф4 с ходовым винтом качения 7; она компенсирует некоторые перекосы и несоосность осей вала электродвигателя и опоры шарикового винта. В то же время возможность увеличения жесткости соедине­ния вал двигателя - ходовой винт исключает даже небольшой отно­сительный поворот соединяемых валов, и они работают как единое целое; в) компенсирующие муфты предназначены для соединения валов с неточно соединенными осями; эти муфты должны компен­сировать радиальные, осевые и угловые смещения валов.



Что называется муфтой ,и какие муфты используются в машинах?

hello_html_m57d0d9ab.png

Рис. 23

Уhello_html_m74cec316.pngправляемые, или сцепляемые, муфты при-меняют в машинах или их отдельных узлах, в которых необходимо осуществлять частые остановы и пуски, например в металлорежу-щих станках и автомобилях. Сцепляемые муфты могут быть механическими, элек­трическими, гидравличес-кими и пневматическими.

Рис. 24 К механиче­ским сцепляемым муфтам относятся кулачковые (или зубчаhello_html_m7ebb2b86.gifтые) и фрикционные. На рис. 25 показана сцепляемая кулач­ковая муфта, которая состоит из двух полумуфт 1 и 2 с торцовыми кулачками, входящими во впадины между кулачками сопряжен­ной полумуфты. Полумуфта 2 может перемещаться по шлицам вдоль вала, а полумуфта 1 жестко соединена с валом.

Какие типы управляемых муфт вы знаете?


В целях уменьшения износа механизмов включения перемещаемой делают полумуфту на ведомом валу. Если соединяются два вала, то ку­лачковые муфты требуют точного центрирования валов, которое может достигаться центрирующим кольцом. Чаще всего эти муф­ты применяют для соединения вала и сидящей на нем шестерни; в этом случае обе полумуфты сидят на одном валу (как показано на рис. 3.32) и центрирование соединяемых деталей обеспечено. Очень часто полумуфту 2 заменяют кулачками на торце шестерни или другой соединяемой с валом детали. Для кулачковых муфт характерны отсутствие проскальзывания и малые габаритные раз­меры. Недостатком является невозможность включения на быст­ром ходу. Включение происходит с ударом даже при включении на тихом ходу со скоростями менее 1 м/с.

Фhello_html_m282cd8f8.pngрикционные сцепляемые муфты передают крутящий момент силами трения, обеспечивая плавное соединение ведущего звена с неподвижным валом. Это позволяет избежать динамических нагрузок и шума при пуске, а в

Рис. 25 транспортных машинах неприят­ных для человека больших ускоре­ний. Кроме того, фрикционные муфты могут служить предохрани­тельным устройством. По форме рабочих поверхностей фрикционные муфты разделяются на дисковые, конусные и цилиндрические (с раздвижными колодками).

Сцепляемые муфты электрические, гидравлические и пневматические - это те же фрикционные муфты, но управляе­мые не механически (через рычажные системы), а с помощью электрической энергии, гидравлики или пневматики.

На рис. 26 изображена электриче­ская управляемая муфта. Однако у этой муфты другое функциональное назначе­ние - не передавать крутящий момент, а, наоборот, останавливать вращение, т.е. она выполняет роль тормоза. При включении электричества непод­вижный пакет магнитопроводящих дисков 3 затормаживает пакет 2, закрепленный с зубчатым колесом 1, и оно останавливается.

Автоматические(самодействующие) муфты срабатывают в оп­ределенных уhello_html_m4433b86b.pngсловиях без вмешательства человека. К ним относят­ся: а) обгонные муфты, которые передают момент в одном на­правлении и допускают свободное относительное вращение в про­тивоположном. Поэтому их называют муфтами свободного хода. Термин «обгонная муфта» возник в связи с тем, что они допуска­ют обгон ведущего вала ведомым, если последний получает более быстрое вращение от другой кинематической цепи; 6) центробеж­ные муфты служат для автоматического соединения (или разъеди­нения) валов при достижении ведущим валом заданной частоты вращения. Эти муфты являются самоуправляющимися по скорости; в) предохранительные муфты, которые выполняют функцию предо­хранительного звена при перегрузке машины или ее отдельных механизмов.

По принципу работы механические предохранительные муфты делятся на муфты с разрушающим элементом, пружинно-кулач­ковые, фрикционные.

Предохранительные муфты с

разрушающим эле­ментом. Их Рис. 26

применяют при резких перегрузках. Недостатком этих муфт является необходимость замены разрушающих элемен­тов после срабатывания муфты. Из муфт этого типа в основном применяют муфты со срезными штифтами 1 (рис.27).

Штифты обычно изготавливают из среднеуглеродистой стали (улучшенной или закаленной). В предполагаемом месте разрушения на штифтах делают выточку, которая повышает точность сраба­тывания, облегчает извлечение штифтов после их разрушения, а также уменьшает опасность повреждения торцовой поверхности

Объясните принципы работы самодействующих муфт?

hello_html_19d22b2a.png

Рис.27

муфт. Штифты необходимо устанавливать во втулки, закаленные до высокой твердости, чтобы избежать повреждения их поверхно­стей. Располагают штифты в удобном для замены месте.

hello_html_m724852c4.pngПружинно-кулачковые предохранительные муф­ты широко применяют при небольших скоростях и передаваемых крутящих моментах. Они обес­печивают высокую точность сра­батывания, так как упругие свой­ства пружин достаточно ста­бильны. При высоких скоростях эти муфты не применяют. В пру­жинно-кулачковых муфтах кула­чки могут быть заменены шари­ками 1 (рис. 28). Такие пру­жинно-шариковые муфты имеют преимущества: они более техно­логичны, имеют меньший износ и на каждый шарик в конструкции можно поставить отдельную пружину 2, что повышает

Рис. 28 равномер­ность нагрузки. Такие муфты получили широкое распространение среди пружинно-кулачковых муфт.

Фрикционные предохранительные муфты приме­няют при частых кратковременных перегрузках в основном удар­ного типа. Их выполняют дисковыми или конусными; по конст­рукции они аналогичны фрикционным муфтам, отличаются лишь отсутствием механизма управления.

12. Фрикционные передачи

Общие сведения о передачах. Механическими передачами или просто передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние, как правило, с изменением скоростей и моментов, а иногда и с преобразованием видов и зако­нов движения.

В машиностроении широко применяются различные передачи. В таких машинах, как автомобиль или металлорежущий станок, имеется по несколько десятков зубчатых передач, а мировой вы­пуск зубчатых колес исчисляется миллионами штук в день. По принципу работы передачи делятся:

на передачи трением с непосредственным контактом тел каче­ния (фрикционные) и с гибкой связью (ременные);

передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубча­тые и червячные) и с гибкой связью (цепные).

Наряду с механическими передачами широко применяют гид­равлические, пневматические и электрические передачи. Здесь будут рассмотрены только механические передачи.


Что называется фрикционной передачей и как она классифицируется?


Фhello_html_m727bb77f.pngрикционные передачи - это передачи, в которых движение от ведущего тела к ведомому передается силами трения. На рис. 29 показана простейшая фрикционная передача. Ведущий диск 1 поджимается силой Q к торцовой поверхности диска 2. При вра­щении диска 1 в точке М возникает сила трения

Fтр = fтр Q (17)

которая приводит во вращение ведомый диск 2. Можно определить, с какой угловой Рис. 29

скоростью будет вращаться ведомый диск. Извест­но, что передаточное отношение определяется отношением угло­вых скоростей ведомого звена к ведущему. Для данной передачи оно определится так:



hello_html_m7ec9ca84.gif(18)


Следовательно, угловая скорость ведомого звена

hello_html_2468a46c.gif(19)

Если диску 1 сообщить поступательное перемещение вдоль оси N - N, то у ведомого диска 2 будет бесступенчато меняться угловая ско­рость, так как радиус r2 может изме­нять свое значение от 0 до R.

Такие фрикционные передачи, которые позволяют бесступенчато из­менять частоту вращения ведомого звена, называются вариаторами.

Наибольший диапазон регулиро­вания частот вращения D = птлх/пmin

у лобовых вариаторов - 3...4, у торцовых и конусно-шкивных - 8... 10

hello_html_m7ebb2b86.gifhello_html_m17f12b73.gifhello_html_2344c3b9.gifhello_html_3b21f3d1.gifДостоинства фрикционных передач: простота тел качения; бес­ступенчатость регулирования скорости; возможность изменения скорости ведомого звена без остановки ведущего, что очень важ­но в приводах металлорежущих станков; низкая стоимость изго­товления в силу простоты конструкции.

Недостатки: невозможность (в отличие от зубчатых зацепле­ний) получения точных передаточных отношений; повышенный износ; необходимость специальных нажимных устройств (чего не требуется зубчатым передачам); большие нагрузки на подшипни­ки. В силу указанных недостатков применение вариаторов в ма­шиностроении ограничено. Они используются в винтовых прессах, приборах, приводах главного движения некоторых станков.

Как определяется передаточное отношение фрикционной передачи?

13. Ременные передачи

Ременная передача (рис. 30, а, б) широко применяется для пе­редачи движения между удаленными друг от друга валами. Она осуществляется посредством шкивов 2, закрепленных на валах, и надетых на эти шкивы одного плоского 1 либо нескольких клино­вых ремней 3. Первая называется плоскоременной, а вторая кли-ноременной передачей.

hello_html_2df19deb.png

Рис. 30

Преимуществами ременных передач являются возможность осущес-твлять передачу на значительные расстояния; эластичность привода, смягчающая колебания и нагрузки и предохраняющая от значительных перегрузок (за счет проскальзывания); плавность хода и бесшумность работы.

К недостаткам относятся большие габариты, непостоянство пе­редаточного отношения (из-за проскальзывания ремня на шкивах), большое давление на валы и подшипники.

Плоские ремни изготовляют из кожи, хлопчатобумажных и прорезиненных тканей. Для создания замкнутой гибкой связи их сшивают. Клиновые ремни изготовляют замкнутыми - цельными определенной длины. Такие ремни обеспечивают хороший контакт со шкивом в желобе и плавную безударную передачу.

Какой механизм называется ременной передачей, укажите его достоинства и недостатки?


Передача усилий обеспечивается только при нормально натяну­тых ремнях. Для этого ремни периодически перешивают или ус­танавливают специальные устройства, которые регулируют натя­жение ремней.

Плоскоременная передача бывает открытая (рис. 30, в), на­правление вращения ведомого вала при которой совпадает с на­правлением вращения ведущего шкива, и перекрестная (рис. 30, г), изменяющая направление вращения ведомого вала на обратное. На продольно-строгальных станках некоторых типов применяют открытую и перекрестную ременные передачи.

Вследствие неизбежного скольжения окружная скорость на ве­домом валу v2 меньше скорости v1 на ведущем валу: v2 = (1 - ξ) v1

Отсюда передаточное отношение


hello_html_m5fe1e646.gif(20)


В справочниках приведены следующие значения относительно­го скольжения ξ: прорезиненные, текстильные и синтетические ремни - 0,01; кожаные ремни - 0,015; кордтканевые клиновые ремни - 0,2; кордошнуровые клиновые ремни - 0,01.

От каких факторов зависит передаточное отношение ременной передачи?

14. Зубчатые передачи

Зубчатая передача является механизмом, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изме­нением угловых скоростей и моментов.

Рассмотрим зубчатые передачи, составленные из цилиндрических (рис. 31, а) и конических (рис. 31, б) зубчатых колес. Зубчатые передачи, в которых преобразуется вращательное движение в поступательное и наоборот, будут рассмотрены далее в последующих разделлах.

hello_html_60b04b1e.gifhello_html_m21edd91b.png

Рис. 31

Дhello_html_610f4967.pngля передачи вращения между параллельными валами исполь­зуют цилиндрические зубчатые колеса (рис. 31, в-д). Для преоб­разования и передачи вращения между валами с пересекающимися осями используют коничес-кие зубчатые колеса (рис. 3.38, б), а между перекрещивающимися осями – зубчатовинто-вые (рис. 3.38, д).

По сравнению с рас-смотренными выше

Рис. 32 зубчатые передачи имеют существенные преимущества: малые габариты, надежны в работе, долговечны, высокий КПД, постоянное передаточное отношение, большой передаваемый крутящий момент. Кроме того, они могут применяться в широком диапазоне скоростей и моментов. К недостаткам можно отнести: шум, ступенчатость регулиро­вания скоростей, невозможность переключать скорости на ходу.

Охарактеризуйте принцип работы зубчатого зацепления?


Основные элементы зубчатого колеса. Основным кинематиче­ским условием, которому должен удовлетворять профиль зубьев, является постоянство мгновенного передаточного отношения. Профиль зубьев должен обеспечивать малые скорости скольже­ния, чтобы передача имела высокий КПД, прочность и долго­вечность. Профиль должен до­пускать легкое изготовление (на­резание одним инструментом не­зависимо от числа зубьев). Этим всем условиям удовлетворяет эвольвентное зацепление, которое широ­ко применяется в машинострое­нии. Элементы эвольвентных зуб­чатых колес стандартизованы. За основной параметр принят модуль зубьев т - величина, пропорциональная шагу р по делительному цилиндру:

hello_html_m37f6911e.gif(21)


В общем случае, в том числе и для косозубых колес, рассмат­ривают окружные шаги pt , и нормальные рп:

hello_html_6ea45bc2.gif(22)

где β - угол наклона зубьев по делительному цилиндру.

Что называется модулем зубчатого зацепления?

Для пря­мозубых колес β = 0, следовательно, рn= рt = р , т.е. окружной и нормальный шаги совпадают. Шаг измеряется по делительной окружности (рис. 32) и определяется делением длины этой ок­ружности на число зубьев z:

hello_html_6417edd0.gif(23)

Зная, что т = р/π , можно выразить диаметр делительной окружно­сти через модуль зубьев:

d = mz (24)

Высота зуба h складывается из головки h= m и ножки h" = 1,25 m. Отсюда высота зуба

h = h' + h" = 2,25 m (25)

Учитывая эти зависимости, запишем диаметр окружности вы­ступов

de = m (z + 2) (26)

и впадин

di = (z – 2,25)m. (27)

Расстояние между центрами двух зубчатых колес (рис. 33), находящихся в зацеплении, определится следующим образом:

hello_html_4e1dc74a.gif(28)


Где z1 и 22 - числа зубьев этих колес;

т1 = т2 = т - так как в зацеп­лении могут быть зубчатые колеса только одного модуля.

Передаточное отношение найдем из условия отсутствия про­скальзывания в точке контакта профилей зубьев, т.е. равенства окружных скоростей v1 = v2. Пусть угловая скорость ведущего зубча-того колеса будет ω1 а ведомого ω2. hello_html_m38b329c9.gifhello_html_m25330c93.gifhello_html_31de83c2.gifhello_html_ma51a4e7.gifhello_html_mdb30426.gifТогда


hello_html_m1fe9c578.gif(29)


Учитывая, что т1 = т2 получим

hello_html_m6f7336fc.gifили hello_html_5050466b.gif Отсюда передаточное

отношение будет равно

hello_html_6fcc1e8.gif(30)


т. е. передаточное отношение зубчатой передачи равно отношению чисел зубьев ведущего зубчатого колеса к числу зубьев ведомого.


Перечислите элементы зубчатого колеса и укажите методы их расчета.


Материалы для изготовления зубчатых колес. Для тихоходных передач, преимущественно крупногабаритных и открытых передач, применяют чугуны. Они относительно хорошо сопротивляются заеданиям, поэтому могут работать при скудной смазке. Применя­ются чугуны СЧ 21-40, СЧ 24-44, модифицированные чугуны СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 36-56, а также высокопрочные магние­вые чугуны с шаровидным графитом.

Для больших диаметров используют стальное литье (стали 35Л - 50Л), а также литейные марганцовистые и низколегирован­ные стали 40ХЛ, ЗОХГСЛ, 50Г2.

Вhello_html_42483095.png слабонагруженных передачах применяют пластмассовые зубчатые колеса в паре с металлическими; они бесшумны в рабо­те, химически стойкие и обеспечивают самосмазываемость. Зубча­тые колеса изготавли-вают из текстолита, древесно-слоистых пла­стиков, капрона, капролона, полиформальдегида. Из су-щеествую­щих марок тексто-лита следует рекомендовать марки ПТ и ПТК; из древес-но-слоистых пластиков - ДСП-Г со звездообразным расположением шпона (во-локна каждого слоя шпона смещены на 25...30°). Зуб-чатые колеса из капрона Б при чистой смазке после не-которого времени работы

Рис.33 перестают изнашиваться. Капролон и полиформальдегид в настоящее время являются наиболее перспек­тивным материалом для зубчатых колес.

Для средненагруженных колес, осо­бенно в станкостроении, используются стали 40Х, 40ХН с поверхностной за­калкой токами высокой частоты.

В массовом и крупно-серийном про­изводстве применяют зубчатые колеса высокой твердости, которые отделоч­ным операциям подвергают после тер­мической обработки.

Из каких материалов изготавливают зубчатые колеса.


Ранее основным видом термической обработки являлась объемная закалка. Колеса изготовляли из сталей марки типа 40Х, а в более ответст­венных случаях из сталей марок 40ХН, 40ХН2МА и др. Однако объемная закалка не сохраняет вязкую сердцевину при высокой твердости поверхности (обычно HRC3 45...55). Поэтому в на­стоящее время объемная закалка уступает место поверхностным термическим и химико-термическим методам упрочнения (более подробно это будет рассмотрено в разд. 4).

Для ответственных зубчатых колес, особенно работающих с перегрузками и ударными нагрузками, рекомендуется применять хромоникелевые стали марок 12ХНЗА, 18Х2Н4МА, 20Х2Н4А и безникелевые стали 18ХГТ, 25ХГТ и 15ХФ с последующей цемен­тацией и закалкой.

1hello_html_m284e6d05.png5. Червячные передачи

Червячная передача (рис. 34) состоит из червяка, т.е. винта с трапецеидальной резьбой, и зубчатого (червячного) колеса.

Основные элементы червячного колеса такие же, как у цилинд­рического зубчатого колеса. Отличие состоит в том, что у червяч­ного колеса начальный контакт происходит не в точке, а по ли­нии. Зубья червячных колес имеют дуговую форму, получаемую в результате взаимного огибания с витками червяка. Ось червяч­ного колеса Рис.34

перпендикулярна оси червяка, поэтому

червячные передачи имеют характерные черты зубчатых и винтовых пере­дач. Изобретение червячных передач приписывают Архимеду.

Червячная передача дает возможность получать очень малые передаточные отношения (например, 1:400, 1:500, в приводах столов большого диаметра станков встречаются 1:1000).

Передаточные отношения червячной передачи рассчитываются по формуле

i = k/z , (31)

где к - число заходов червяка; z - число зубьев червячного колеса.

Недостатком червячной передачи является малый коэффициент полезного действия, преи­муществом - компактность, бесшумность, плав­ность хода, возможность большого редуциро­вания. Широкое применение червячные переда­чи имеют в подъемно-транспортных машинах, в металлорежущих станках, автомобилях. Мате­риалы выбирают с учетом особенностей работы червячной пары. По сравнению с зубчатыми червячные передачи имеют большие скорости скольжения в контактной зоне и неблагопри­ятные условия для гидродинамической смазки.

Объясните принцип работы червячной передачи?

hello_html_m33ac311e.gifhello_html_6af6005f.gifДля уменьшения износа обычно червячное колесо выполняют из антифрикционного материала (относительно мягкого), а червяк -из твердых материалов. В силовых передачах используют червяки из сталей, термически обработанных до значительной твердости. Наилучшую износостойкость передач обеспечивают червяки из цементируемых сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 15ХФ, имеющие твердость после закалки HRC3 56...63. Широко применяют червя­ки из среднеуглеродистой стали 45, 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверх­ностной или объемной закалкой до твердости HRC3 45...55, после чего червяк шлифуют и полируют. Для изготовления червяков применяют также азотируемые стали 38Х2МЮА, 38Х2Ю и другие, требующие только полирования.

Для передач с колесами очень больших диаметров целесооб­разно применять бронзовые червяки, при этом червячные колеса выполняют из чугуна.

При высоких скоростях скольжения (от 5 до 25 м/с) и длитель­ной работе без перерыва венец у червячного колеса выполняют из оловянистой бронзы БрОФ10-1, оловяно-никелевой бронзы БрОНФ 10-1-1, а также сурьмяно-никелевой бронзы.

Для тихоходных передач применяют алюминиево-железистые бронзы БрАЖ 9-4. При этом червяк должен обязательно иметь высокую твердость, не ниже HRCэ 45.

Из каких материалов изготавливают детали червячной передачи.

1hello_html_m2c8fb7.png6. Цепные передачи

Оhello_html_m2c44bcb5.pngбщие сведения. Цепные передачи, как и ременные, применя­ются для передач между валами, удаленными друг от друга. Цеп­ная передача состоит (рис. 35)

Рис. 35 из ведущей 1 и ведомой 2 звездо-­

чек и цепи 3, охватывающей и входящей с ними в зацепление. Кроме перечисленных основных элементов цепные передачи вклю­чают натяжные и смазочные устройства.

Цепные передачи широко при-меняются в транспортных маши­нах (мотоциклах, велосипедах, авто-мобилях, транспортерах), в сель-скохозяйственных машинах, в ме-таллорежущих станках. Для цепных передач станков используют цепи двух конструкций: втулочно-роли-ковые (рис.36,а) и бесшумные (рис.36, б); послед­ние рекомендую-тся для передачи больших крутя-щих моментов.

Достоинства цепных передач: возможность передавать дви­жение на удаленные друг от друга валы; меньшие, чем у ременных передач, Рис. 36

габаритные размеры; высокий КПД; возможность пе­редавать вра-щение нескольким звездочкам; малые силы, дейст­вующие на валы, так как отсутствуют первоначальные натяжные устройства; отсутствие скольже-ния; возможность легкой замены цепи.

Недостатки: повышенный износ (работают в условиях отсут­ствия жидкостного трения); цепи вытягиваются вследствие износа шарниров, поэтому в процессе эксплуатации приходится приме­нять натяжные устройства; при небольшом числе зубьев звез­дочки скорость вращения приводной звездочки и цепи неравно­мерная.

Какой механизм называется цепной передачей , укажите его достоинства и недостатки?


Передаточное отношение будет определяться, как и для зубча­той передачи, формулой

hello_html_4847ba86.gif(32)


где z1 - число зубьев ведущей звездочки

z2 - число зубьев ведо­мой звездочки.

Величина, обратная передаточному отношению, называется пе­редаточным числом:

hello_html_m52d8ea27.gif(33)


Передаточное число ограничивается допустимыми габаритными размерами, углами обхвата и числами зубьев звездочек; обычно оно бывает меньше 7. В отдельных случаях, если позволяют габа­ритные размеры, в тихоходных передачах допускается брать пере­даточное число до 10.

Числа зубьев звездочек. Минимальное число зубьев ограничи­вается износом шарниров, динамическими нагрузками и шумом передач. Чем меньше число зубьев звездочки, тем больше износ, так как угол поворота звена цепи при набегании на звездочку и сбегании с нее равен 360°/z.

С уменьшением числа зубьев возрастает неравномерность ско­рости движения цепи и скорость удара цепи о звездочку. Мини­мальное число зубьев звездочки в силовых передачах роликовыми цепями следующее: при максимальных частотах вращения z1 min = 19...23 ; при средних

17... 19 и при низких 13... 15. Максимальное число зубьев звездочек для роликовых цепей выбирают равным 100... 120, а для зубчатых 120... 140.

Максимальное межосевое расстояние определяют по условию, при котором угол обхвата цепью малой звездочки должен быть не меньше 120°:

При и ≤ 3

Аmin= ( D1 + D2 )/2 + (30...50); (34)

при и > 3

hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_2c68ce3.gif(35)


где D1 и D2 - наружные диаметры звездочек. Оптимальные межосевые расстояния


А = (30. ..50) / p, (36)

Где p - шаг цепи.

Шаг цепи (расстояние между ее звеньями) является основным параметром цепной передачи; обычно A/80р ≤ А/25.

По предварительно выбранному расстоянию А, шагу р и числам зубьев звездочек определяют потребное число звеньев цепи W:

hello_html_60aa7b26.gif(37)


Следует отметить, что эта формула является приближенной.

По каким параметрам рассчитывается цепная передача?

Материалы цепей. Пластины выполняют из холоднокатаной ленты, изготавливаемой из сталей 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА. В зависимости от назначения пластины закаливают до твердости HRC3 40...50. Детали шарниров - оси, втулки, вкладыши - вы­полняют преимущественно из цементируемых сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХНЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до НRСэ50...65.

В шарнирах роликовых цепей для работы без смазки применя­ют пластмассы.

Ресурс цепей в стационарных машинах должен составлять не менее 3... 5 тыс. часов работы.

17. Винт-гайка скольжения

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вра­щательного движения в прямолинейное поступательное. Пере­дачи винт-гайка скольжения обеспечивают большой выигрыш в силе, возможность получения медленного движения, большую несущую способность при малых габаритных размерах, возмож­ность достижения высокой точности перемещения исполнитель­ного органа, жестко связанного с гайкой, и простоту конст­рукции.

Недостатками являются большие потери на трение, низкий КПД, невозможность применения на больших скоростях переме­щений. Скорость скольжения профилей резьбы винта относитель­но профилей гайки в 10-40 раз превышает скорость осевого пе­ремещения узла, жестко скрепленного с гайкой.

Область применения передач винт-гайка скольжения: поднятие грузов (домкраты), нагружение в испытательных машинах, меха­ническая обработка на металлорежущих станках и винтовых прессах; управление оперением самолетов; точные делительные перемещения в измерительных и делительных машинах, в металло­режущих станках; установочные перемещения для настройки и ре­гулирования машин.

hello_html_m135bcef7.gifhello_html_m73312fbf.gifhello_html_5f0f735d.gifhello_html_m199c917a.png

Рис. 37

Объясните принцип работы передачи винт гайка , укажите ее достоинства и недостатки.

В отличие от крепежных резьб в ходовых и грузовых винтах нужно иметь наименьшее трение. Поэтому используют резьбы с малыми углами профиля, чаще всего трапецеидальные (рис. 37, а), причем основное применение имеет резьба со средними шагами. Мелкую резьбу применяют для перемещений повышенной точно­сти и относительно медленных перемещений. Крупную резьбу применяют в тяжелых (по износу) условиях работы.

Прямоугольные резьбы (рис. 37, б) используют для осуществ­ления очень точных перемещений, поскольку потери на трение из всех типов резьб (рис. 37, а-д) у прямоугольных меньше, а кро­ме того, у этого профиля наименьшее влияние неизбежных ради­альных биений на точность перемещения гайки, а следовательно, и исполнительного механизма.

Недостатком прямоугольной резьбы является трудность изго­товления - невозможность окончательной обработки шлифовани­ем, что ограничивает ее применение.

В крепежных резьбовых соединениях чаще всего применяют метрические (рис. 37, в) и дюймовые (рис. 37, г) резьбы.

Для точных винтов делительных и измерительных машин при­меняют треугольные резьбы с углом профиля 30° и даже 60°, кото­рые можно изготовить с малыми шагами.

Для винтов, подверженных большим односторонним осевым нагрузкам (в прессах, нажимных устройствах прокатных станов), применяют упорную резьбу (рис. 37, д).

Материалы винтов должны обладать высокой износостойко­стью и хорошей обрабатываемостью; тяжелонагруженные винты необходимо изготовлять из высокопрочных материалов.


Дайте классификацию резьб в передачах винт гайка.


Винты, не подвергаемые закалке, изготавливают из сталей 45, 50 или А45, А50 и А40Г (с содержанием 0,15...0,50% свинца); подвергаемые закалке - из сталей 65Г, 40Х; азотируемые - из сталей 40ХФА, 18ХГТ. Азотирование обеспечивает высокую изно­состойкость и минимальное демпфирование при упрочнении. Поэтому для ходовых винтов металлорежущих стан­ков рекомендуется применять азотирование.

Материалы гаек - бронзы оловянистые (БрОФ 10-1, БрОЦС 6-6-3) и цинковый сплав ЦАМ 10-5; при малых скоростях и нагрузках - чугун. Гайки больших и средних диаметров заливают антифрикционным сплавом.

Конструктивные особенности винта и гайки. Конструкции вин­тов должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к валам: не иметь резких переходов диаметров, буртиков большого диаметра, чтобы не превращать в стружку металл и т.п. Длинные винты выполняют составными, их устанавливают на двух опорах (короткие устанавливают на одной, второй опорой служит гайка). Один конец ходового винта обычно фиксируется в опоре, что позволяет воспринимать осевые усилия.

Гайки ходового винта выполняют цельными и разъемными. В прецизион­ных металлорежущих станках осуществляют безлюфтовую пере­дачу «винт-гайка скольжения». Это достигается применением сдвоенных гаек, расположенных в одном корпусе 3. Они смеща­ются одна относительно другой в осевом направлении, т.е. по­воротом гаек 2 и 4 (рис. 38,а) вокруг ходового винта 1 в про­тивоположных направлениях, после чего их положение фикси­руется контргайками 5. Теперь при вращении ходового винта в одном направлении перемещение суппорта 6 будет происходить от левой гайки 2; если же ходовой винт изменит направление вращения, то правая гайка 4 сразу передаст движение суппорту в

hello_html_d24a9de.png

Рис.38


hello_html_m5719d187.gifhello_html_31a53565.gifhello_html_m2cb02b41.gifhello_html_m72463cb3.gifпротивоположном направлении. В такой конструкции люфт не выбирается, так как гайки работают каждая на свое направление. На рис. 38, б наглядно показано, как соприкасаются профили левой и правой гаек с профилями ходового винта.

Основной причиной выхода из строя передачи винт-гайка яв­ляется износ. Для обеспечения необходимой износостойкости дав­ление в резьбе не должно превышать допустимое:

hello_html_5ce132bc.gif(38)


где F - расчетная осевая сила, действующая на винт;

dcp - средний диаметр резьбы;

h - рабочая высота профиля (для трапецеидаль­ной резьбы

h = 0,5рхв ; рхв - шаг резьбы ходового винта);

z - число витков резьбы на высоте гайки H ( z = H / pхв ).

Подставляя в формулу значения h и z, получим

hello_html_m1e04f3cc.gif(39)

Отсюда можно определить средний диаметр резьбы


hello_html_4323c469.gif(40)


где ψ = H/dср ; для целых гаек ψ = 1,2...2,5; для разъемных гаек

ψ = 2,5...3,5. Большие значения ψ принимают для резьб меньших диаметров. Допускаемые давления в резьбе принимают для пар:

закаленная сталь - бронза [р] =12 Н/мм2,

незакаленная сталь - бронза [р] = 9 Н/мм2,

незакаленная сталь - чугун [р] =5 Н/мм2.

Давление в резьбе для точных резьб (делительные машины) долж­но быть в 2 – 3 раза меньше.

Сильно нагруженные винты проверяют на прочность при со­вместном действии сжатия и кручения; эквивалентное напря­жение должно быть меньше допускаемого напряжения на растя­жение:


hello_html_m79ed39cd.gif(41)


Где Мкр - крутящий момент, скручивающий винт;

S1 и Wp - соот­ветственно площадь и полярный момент сопротивления сечения винта, взятые по внутреннему диаметру резьбы.

Допускаемое напряжение берется [σ]р ≤ σт/3 во избежание ме­стных пластических деформаций.

Длинные винты проверяют на потерю устойчивости по Эйле­ру, за расчетное принимают крайнее положение гайки, когда винт подвергается сжатию на максимальной длине:

hello_html_e6291ec.gif(42)


где μ1 - приведенная длина; l - расстояние между опорами для

двухопорных ходовых винтов, а для коротких винтов - это рас­стояние

между опорой и серединой гайки;

п = 2,5...4,0 - коэффи­циент безопасности;

hello_html_23c43d1.gif- приведенный момент инерции;

d u d1 - соответственно наружный и внутренний диаметры резьбы;

Е- модуль упругости 1-го рода.

По каким формулам проверяют прочность винновых соединений.


18. Винт-гайка качения

Передачи винт-гайка качения применяются в механизмах, где необходима плавность перемещения, в следящих системах, станках с числовым программным управлением. КПД таких передач дос­тигает 0,9. В резьбе может быть выбран полностью зазор и создан предварительный натяг, обеспечивающий высокую осевую жест­кость. В качестве тел качения применяются шарики и ролики, но чаще приhello_html_m53d4ecad.gifменяются шариковые передачи. В литературе часто встре­чается аббревиатура ВГК (винт-гайка качения) и ШВП (шарико-винтовая передача).

На винте и в гайке выполняется винтовая канавка (чаще полу­круглого профиля), по которой перекатываются тела качения (шарики или ролики). Диаметр шарика Dш = 0,6 рхв.

При использовании ШВП в машинах точных перемещений не­допустим осевой зазор. В этом случае ВГК выполняют по анало­гии с рассмотренной на рис. 38 передачей винт-гайка скольже­ния. В едином корпусе 5 (рис. 39) размещают две гайки 2 и 4, смещенные одна относительно другой по винтовой линии. Это также создает безлюфтовую передачу.

Вhello_html_65dceefe.png отличие от винтовой пары скольжения в ШВП должен быть создан предварительный натяг: еще до приложения рабочей на­грузки в конструкции ШВП с помощью прокладок или пружин путем затягивания резьбовых соединений создаются предваритель­ные осевые усилия. Теперь тела качения 3 вместо точечного кон­такта с дорожкой качения имеют контакт по небольшой поверх­ности (в силу упругого перемещения под действием приложенных сил). Таким образом повышают осевую жесткость ШВП. hello_html_m4825ec9f.gifhello_html_6102b9f6.gifhello_html_747d903f.gifhello_html_3ad67da6.gifhello_html_189c0666.gifВ большинстве конструкций шарики в гайке перемещаются по замкнутой траек­тории. Каналом возврата служит специ­альная вставка 6 (см. рис. 39), соединяю­щая два соседних витка гайки, которая за­ставляет циркулировать

Рис.39 шарики только в пределах одного шага ходового винта 1.В станкостроении нормализованные ша­риковые пары винт-гайка изготавливают на специализированных заводах.

Допустимую статическую нагрузку рас­считывают исходя из допускаемых упругих контактных напряже­ний 250... 300 кН/см2.

Допускаемая нагрузка на один шарик при напряжении 250 кН/см2

hello_html_584f0915.gifгде dm - диаметр шарика, мм.

Общая допустимая осевая статическая нагрузка на винт

hello_html_m1518b761.gif(43)


где zp = 0,7z - расчетное число шариков;

z - число шариков, нахо­дящихся в контакте, т. е. только в одной из

гаек - левой или пра­вой;

α - угол контакта шарика, обычно α = 45°;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы (ψ = 2... 5 °).

Так рассчитывают нагрузку, допускаемую на винт для тихоход­ных передач

Материалы для ШВП: винты изготавливают из сталей ХВГ и 7ХГ2ВМ с объемной закалкой, 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве и 20ХЗМВФ с азотированием. Для гаек применяют стали 9ХГС, ШХ15, ХВГ с объемной закалкой и цементируемые стали 18ХГТ, 12ХНЗА. Рабочие поверхности закаливают до твердости HRC 60 и выше.

Укажите основные отличия передачи винт-гайка качения от обычной передачи винт гайка.

3.19. Реечные передачи

Реечная передача, как и передача винт-гайка, служит для преоб­разования вращательного движения в поступательное прямолиней­ное и наоборот. Реечная передача (рис. 40,а) состоит из зубчатого колеса 7 и зубчатой рейки 2. Рейка является частным случаем зуб­чатого колеса, когда радиус колеса увеличен до бесконечности. При этом колесо превращается в рейку, а эвольвентный профиль зуба -в прямолинейный. При увеличении числа зубьев некоррегированного

hello_html_3c035c21.png

а) б)

Рис. 40

колеса до бесконечности получают так называемую основную рейку, очерченную исходным контуром. Основная рейка полностью определяет профили зубьев всех колес нормального зацепления. Параметры исходного контура (рис. 40, б) стандартизованы; угол профиля α = 20°, глубина захода зубьев в рейку hзуб = 2m, радиаль­ный зазор между зубьями в цилиндрических передачах c = 0,25m (при нарезке долбяками - до 0,35m), радиус выкружки у корня зуба для цилиндрических колес r = 0,4m (m - нормальный модуль).

Реечная передача может быть выполнена с прямозубым и косо-зубым зацеплением колеса с рейкой. За один оборот прямозубого колеса с числом зубьев z рейка переместится на H1 = pz = πmz, а за

п об/мин зубчатого колеса - на Н = πmzn.

Какой механизм называется реечной передачей, и с помощью каких формул его рассчитывают.

Реечные передачи очень часто используют в металлорежущих станках, например в токарных, для осуществления движения про­дольной подачи суппорта с резцом относительно обрабатываемой заготовки. В более крупных станках, таких как продольно-стро­гальные, необходимо передавать большие усилия. Там применяют червячно-реечную передачу. На рис. 41 показан вид снизу на стол продольно-строгального станка; к столу 3 неподвижно прикрепле­ны рейки 2. Вращение червяков 1 преобразуется в поступательное прямолинейное перемещение рейки, а следовательно, и стола с уста­новленным на нем обрабатываемым изделием. Перемещение рейки (следовательно, и стола) за один оборот червяка с заходностью z будет равно Н1 = πmz, а за n оборотов червяка Н = πmzn. Обычно в таких передачах заходность червяка может быть z = 8... 10.

Для уменьшения трения в паре червяк-рейка между профилями их зубьев подается под давлением тонкий слой масла. Такие гидро­статические червячно-реечные передачи используют в приводе подач тяжелых станков. На рис.42 представлено устройство гид­ростатической червячно-реечной передачи многоцелевого станка модели 6620МФ4 Ульяновского завода тяжелых и уникальных

hello_html_763618ee.gifhello_html_m6663b0f5.gifhello_html_31de83c2.gifhello_html_b29a538.gifhello_html_5f7296f9.png

Рис.41

станков. С помощью гидрораспределителя в каналы червяка 1 от насосов 3 под давлением подается масло. Оно создает масляный слой между зубьями червяка и рейки, зубья 2 которой армированы пластмассой. В осевые зазоры соединения масло нагнетается насо­сами 4. Все насосы имеют один общий привод от электродвигателя 5.

hello_html_7edfd365.png

Рис.42

20. Кривошипно-шатунные механизмы

Ранее были рассмотрены механизмы, преобра­зующие вращательное движение в поступательное. При этом обес­печивалась постоянная скорость перемещения рабочих органов.

Кhello_html_m346482d3.pngривошипно-шатунные механизмы (см. рис. 1) также предна­значены для преобразования вращательного движения в поступа­тельное, но они обеспечивают перемещение по определенному закону. Скорость рабочего органа не остается постоянной во время его движения. В этом есть свое преимущество: при изменении на­правления скорости не возникает ударов и больших нагрузок, так как к моменту реверсирования движения скорость рабочего орга­на постепенно падает, приближаясь к нулю. Кроме того, возвратно-поступательное движение в кривошипно-шатунных механизмах осуществляется без применения дополни- Рис.43

тельных реверсивных ме­ханизмов.

Кривошипно-шатунные механизмы имеют широкое распрост­ранение: в поршневых двигателях, насосах, компрессорах, станках с прямолинейным движением резания.

Объясните работу кривошипно-шатунного механизма.

21. Кулисные механизмы

Кривошипно-кулисный механизм (в дальнейшем будет сокра­щенно называться кулисным механизмом) служит для преобразова­ния вращательного движения в поступательное. Существует семь различных схем кулисных механизмов. В одних кулиса качается, в других вращается неравномерно, в третьих вращается равномерно и т.д. Есть кулисные механизмы с двумя поступательными парами, причем сама кулиса перемещается поступательно. Наибольшее рас­пространение получили кулисные меха­низмы с качающейся кулисой (в приводе поперечно-строгальных станков) и с вра­щающейся кулисой (в приводе долбеж­ных станков).

На рис. 43 представлена схема при­вода с качающейся кулисой. Кулисное колесо 1 получает вращение от ведущего колеса zвщ. На кулисном колесе закреп­лен палец 2 с надетым на него камнем 3. Камень вставлен в прорезь кулисы 4 и может скользить вдоль прорези. Верхний конец кулисы через серьгу 5 связан с ползуном 6.

Дhello_html_m3340b16.pngлина хода ползуна L зависит от амплитуды качания кулисы. Ее можно регулировать изменением величины радиуса R вращения пальца 2. В случае, когда А > R , кулиса качается и при R/A0,5 угол качания = 60°; если

А < R, то кулиса вращается неравно­мерно; при А = R кулиса равномерно вращается.

Рис. 44 Кулисный привод поперечно-строгального станка с качающей­ся кулисой (рис.44) спроектирован в соответствии с кинемати­ческой схемой, изображенной на рис.43. Кулисный механизм обеспечивает плавность хода при строгании поверхности заго­товки и быстрый отвод при обратном холостом ходе. В этом пре­имущество кулисных механизмов. Кулиса 4 совершает качательное движение, которое с помощью серьги 3 преобразуется в по­ступательное прямолинейное движение ползуна 5 станка. Кулисное колесо 2 получает вращение от коробки скоростей через шестер­ню 1. Вместе с камнем кулисное колесо вращается вокруг оси О1 , а кулиса качается вокруг оси О. Радиус вращения камня устанав­ливается вращением винта 6.

Недостатком кулисного механизма является неравномерная скорость рабочего хода и постоянное соотношение между време­нем рабочего и холостого ходов.

Объясните работу кулисного механизма.


























Вопросы и задания к зачету по разделу

«Детали машин»


  1. Что называется деталями машин?

  2. Что называется механизмом машины?

  3. Что считается работоспособностью машины механизма?

  4. По каким критериям проводят оценку прочности узлов и механизмов деталей машин?

  5. Что такое точность деталей машин ?

  6. Как оценить жесткость узла машины?

  7. Как износостойкость влияет на эксплуатационные характеристики машины?

  8. За счет чего обеспечивается стойкость к тепловым воздействиям в узлах деталей машин ?

  9. Что такое виброустойчивость узлов машины и как с ней бороться?

  10. Что такое надежность машины?

  11. От чего зависит надежность машины?

  12. На какие материалы классифицируются детали машин?

  13. Какие композитные материалы применяются в узлах деталей машин?

  14. Какие материалы относятся к инструментальным сталям?

  15. Что такое абразивный инструмент, из чего он состоит?

  16. Какие детали относят к деталям вращательного типа?

  17. Какие детали называются корпусными ?

  18. Из каких материалов изготавливают корпуса деталей машин?

  19. Что называется рессорами?

  20. Что называется пружинами?

  21. Что называется неразъемными соединениями?

  22. Объясните методику расчета неразъемных соединений.

  23. Что называется разъемными соединениями?

  24. Охарактеризуйте принцип работы резьбовых соединений.

  25. Объясните отличие в работе клиновых и резьбовых соединений.

  26. Что такое штифтовое соединение, и какие виды их вы знаете?

  27. Что такое штифтовое соединение, и какие виды их вы знаете?

  28. Какие материалы применяются для шпонок в шпоночных соединениях?

  29. Что называется подшипником скольжения?

  30. Какие типы подшипников скольжения вы знаете?

  31. По какому принципу подбирают и рассчитывают подшипники .

  32. Что называется подшипником качения?

  33. Дайте классификацию подшипникам качения.

  34. Объясните, как проверяют подшипники срок их службы?

  35. Что называется муфтой ,и какие муфты используются в машинах?

  36. Какие типы управляемых муфт вы знаете?

  37. Объясните принципы работы самодействующих муфт?

  38. Что называется фрикционной передачей и как она классифицируется?

  39. Как определяется передаточное отношение фрикционной передачи?

  40. Какой механизм называется ременной передачей, укажите его достоинства и недостатки?

  41. От каких факторов зависит передаточное отношение ременной передачи?

  42. Охарактеризуйте принцип работы зубчатого зацепления?

  43. Что называется модулем зубчатого зацепления?

  44. Перечислите элементы зубчатого колеса и укажите методы их расчета.

  45. Из каких материалов изготавливают зубчатые колеса.

  46. Объясните принцип работы червячной передачи?

  47. Какой механизм называется цепной передачей , укажите его достоинства и недостатки?

  48. По каким параметрам рассчитывается цепная передача?

  49. Объясните принцип работы передачи винт гайка , укажите ее достоинства и недостатки.

  50. Дайте классификацию резьб в передачах винт гайка.

  51. По каким формулам проверяют прочность винновых соединений.

  52. Укажите основные отличия передачи винт-гайка качения от обычной передачи винт гайка.

  53. Какой механизм называется реечной передачей, и с помощью каких формул его рассчитывают.

  54. Объясните работу кривошипно-шатунного механизма.

  55. Объясните работу кулисного механизма.




































Литература.

Вереина Л.И. Техническая механика: учебник для среднего проф. образов. – М.: Издательский центр «Академия»,2004. – 288с.


Аркуша А.И. Техническая механика: учеб. для средних спец. учеб. Заведений – М.:Высш.шк.,2003. – 352с.: ил;


Олофинская В.П. Техническая механика: Курс лекций с вариантами практических заданий: учебное пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 349с., ил. – ( Профессиональ-ное образование)




































Учебно-методическое пособие

для подготовки к зачету студентов НПО

профессии 30.20 «Автомеханик»


Составил: преподаватель технических дисциплин

К.п.н. Наумов О. Е.

Редактор: к.т.н. Старчакова О.К.


ГОУ СПО

« Воронежский государственный промышленно - технологический колледж »

г. Воронеж, ул. 9 – го Января, д. 270



Автор
Дата добавления 27.12.2015
Раздел Другое
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1194
Номер материала ДВ-292267
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Комментарии:

1 год назад
Данное пособие разрабатывалось как часть вариативной матричной технологии, дающей выбор учащимся при изучении материалов предмета. То есть , одни ученики готовились по учебникам , другие готовились по лекциям, которые записывали на уроке, третьи использовали данное пособие. Вопросы после каждой теме позволяли подготовится непосредственно к зачету , т.к. на зачете были аналогичные вопросы.
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх