- •Основы проектирования и конструирования деталей машин
- •1. Нилов в.А., Жилин р.А, Рукин ю.Б., 2007 Оформление. Гоувпо «Воронежский государственный технический университет», 2007 о сновные положения
- •1.1.Термины и определения. Классификация
- •1.2.Основные сведения о проектировании и конструировании
- •1.3.Стадии разработки конструкторской документации
- •1.4.Стандартизация и взаимозаменяемость деталей машин
- •2.Требования к деталям машин
- •2.1.Особенности расчета деталей машин
- •2.2.Виды нагрузок, действующих на детали машин
- •2.3.Циклы напряжений и их параметры
- •2.4.Методы определения допускаемых напряжений
- •3.Соединения. Типы соединений и их характеристика
- •3.1.Общая характеристика соединений
- •3.2.Заклепочные соединения. Общие сведения
- •3.3.Классификация заклепок и заклепочных швов
- •3.4.Расчет прочных заклепочных швов
- •3.5.Условное изображение заклепочных швов на чертеже
- •4.Сварные соединения
- •4.1.Общие сведения
- •4.2.Принцип действия дуговой сварки
- •4.3.Классификация способов сварки
- •4.4.Классификация сварных соединений и швов
- •4.5.Расчет стыковых сварных швов
- •4.6.Расчет угловых сварных швов
- •4.7.Уточненный расчет комбинированного сварного шва
- •4.8.Условное изображение сварных швов на чертеже
- •Некоторые буквенно-цифровые обозначения швов
- •5.Шпоночные и шлицевые соединения
- •5.1.Типы шпоночных соединений
- •5.2.Расчет шпоночных соединений
- •5.3.Сегментные шпонки
- •5.4.Конструкция и расчет шлицевых соединений
- •6.Соединения с натягом
- •6.1.Общие сведения
- •6.2.Расчет цилиндрических соединений с натягом
- •7.Клиновые и штифтовые соединения
- •7.1.Назначение и классификация соединений
- •7.2.Классификация
- •7.3.Расчеты на прочность
- •8.Резьбовые соединения
- •8.1.Назначение и конструкция резьбовых соединений
- •8.2.Классификация резьбовых соединений
- •8.3.Распределение нагрузки между витками резьбы
- •8.4.Виды разрушений в резьбовом соединении
- •8.5.Силы, действующие в винтовой паре
- •8.5.1.Величина окружной действующей силы(q)
- •8.5.2. Момент завинчивания гайки или винта
- •8.5.3.Момент отвинчивания винта или гайки
- •8.5.4.Расчет ненапряженных болтовых соединений
- •8.6.Расчет напряженных болтовых соединений
- •9.Передачи. Общие вопросы
- •9.1.Назначение и классификация передач
- •9.2.Классификация передач
- •9.3.Основные кинематические характеристики передач
- •9.4.Передачи с постоянным передаточным числом
- •9.5.Передачи с переменным передаточным числом
- •10.Ременные передачи
- •10.1.Общие вопросы
- •10.2.Классификация ременных передач
- •10.3.Плоскоременная передача
- •10.4.Типы приводных ремней
- •10.5.Шкивы (гост 17383-72).
- •10.6.Кинематические силовые зависимости
- •10.6.1.Относительное скольжение ремня.
- •10.6.2.Динамика ременной передачи
- •10.6.3.Напряжения в ремне
- •10.7.Расчет передач по кривым скольжения
- •10.8.Клиноременная передача
- •10.8.1.Клиновые ремни (гост 1284 – 68).
- •10.8.2.Шкивы клиноременной передачи
- •10.8.3.Расчет кинематических передач
- •11.Цепные передачи
- •11.1.Общие вопросы
- •11.2.Классификация цепных передач
- •11.3.Достоинства и недостатки цепных передач
- •11.4.Детали цепных передач
- •11.4.1.Цепи
- •11.4.2.Звездочки
- •11.5.Основные параметры цепных передач
- •11.6.Критерии работоспособности и расчета цепных передач
- •11.7.Основы работы передачи
- •11.8.Расчет передачи
- •11.9.Конструирование цепных передач
- •12.Зубчатые передачи
- •12.1.Общие сведения
- •12.2.Классификация зубчатых передач
- •12.3.Точность зубчатых передач
- •12.4.Материалы зубчатых колес
- •12.5.Методы изготовления зубчатых колес
- •12.5.1.Изготовление зубчатых колес без снятия стружки
- •12.5.2.Изготовление зубчатых колес путем снятия стружки.
- •13.Виды разрушения зубьев. Критерии работоспособности и расчета
- •13.1.Виды разрушения зубьев
- •13.2.Расчет основных геометрических параметров цилиндрических прямозубых колес
- •13.3.Расчет зубьев цилиндрических прямозубых зубчатых колес на изгиб
- •14.Расчет зубьев цилиндрических зубчатых колес на контактную прочность
- •14.1.Расчет на контактную прочность
- •14.2.Особенности расчета и конструкции косозубых и шевронных зубчатых колес
- •15.Общие сведения о конических зубчатых передачах
- •15.1.Расчет основных геометрических параметров конических прямозубых колес
- •15.2.Расчет зубьев прямозубых конических передач
- •16.Расчет допускаемых напряжений
- •16.1.Расчет допускаемых напряжений
- •16.2.Силы, действующие на валы от зубчатых колес
- •16.2.1.Прямозубые цилиндрические колеса
- •16.2.2.Косозубые цилиндрические колеса
- •16.2.3.Прямозубые конические колеса
- •16.3.Винтовые и гипоидные передачи
- •17.Червячные передачи
- •17.1.Эвольвентный червяк
- •17.2.Материалы. Критерии работоспособности и расчета червячных передач
- •17.3.Расчет основных геометрических параметров червячных передач
- •17.4.Червячные колеса
- •17.5.Силы, действующие в червячном зацеплении
- •17.6.Расчет на изгиб зубьев червячного колеса
- •17.7.Расчетная нагрузка и допускаемые напряжения
- •17.8.Тепловой расчет червячных передач
- •18.Понятие о системе допусков и посадок
- •18.1.Понятие о взаимозаменяемости
- •18.2.Допуски размеров, посадок
- •18.3.Квалитеты
- •18.4.Система отверстия и система вала
- •18.5.Предельные отклонения формы и расположения поверхностей
- •19.Зубчатые и червячные редукторы. Общие сведения
- •19.1.Зубчатые и червячные редукторы
- •19.2.Классификация редукторов
- •19.3.Принципиальная конструкция цилиндрического редуктора
- •19.4.Расчет основных конструктивных параметров редукторов
- •20.Валы и оси
- •20.1.Общие вопросы
- •20.2.Классификация валов и осей
- •20.3.Элементы вала
- •20.4.Материалы для изготовления валов и осей
- •20.5.Критерии работоспособности и расчета валов и осей
- •20.6.Расчетная схема и расчетные нагрузки
- •20.7.Расчет осей и валов на статическую прочность
- •20.8.Расчет валов на статическую прочность
- •20.9.Расчет вала на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения
- •20.10.Расчет осей и валов на выносливость
- •20.12.Расчет осей и валов на жесткость
- •20.13.Расчет валов на колебания
- •20.14.К определению расстоянии между опорами ведомого вала
- •20.15.Последовательность расчета пролета вала
- •21. Подшипники качения
- •21.1.Подшипники качения. Общие сведения
- •21.2.Недостатки подшипников качения
- •21.3.Классификация
- •21.4.Обозначение подшипников
- •21.5.Точность подшипников качения
- •21.6.Причины выхода подшипников из строя и критерии расчета
- •21.7.Расчет подшипников качения на долговечность
- •21.8.Определение приведенной нагрузки и подбор подшипников качения
- •21.9.Подбор подшипников качения
- •21.10.Статическая грузоподъемность подшипников
- •21.11.Распределение нагрузки между телами качения
- •21.12.Смазка подшипников качения
- •21.13.Посадки подшипников
- •21.14.Зазоры в подшипниках
- •22.Подшипники скольжения
- •22.1.Общие сведения
- •22.2.Классификация
- •22.3.Конструкции подшипников скольжения
- •22.4.Подшипниковые материалы
- •22.5.Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения
- •22.6.Условные расчеты подшипников
- •22.7.Тепловой расчет подшипников
- •22.8.Проектировочный расчет подшипников жидкостной смазки
- •23.Конструирование подшипниковых узлов
- •23.1.Схемы установки подшипников
- •23.2.Конструирование опор валов конических шестерен
- •23.3.Конструирование опор валов-червяков
- •23.4.Установка элементов передач на валах
- •23.5.Назначение диаметров вала
- •23.6.Длины характерных участков вала
- •23.6.1.Основные способы осевого фиксирования колес (шкивов)
- •24.Муфты
- •24.1.Муфты. Общие сведения
- •24.2.Классификация муфт
- •24.3.Подбор стандартной муфты
- •24.4.Конструкции муфт
- •24.4.1.Жесткие муфты. Вид неразъемные
- •24.4.2.Муфты, разъемные в плоскости, параллельной оси вала
- •24.4.3.Муфты, разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала
- •24.4.4.Компенсирующие муфты
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
ГОУВПО
«Воронежский государственный технический университет»
Воронеж 2007
Основы проектирования и конструирования деталей машин
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
УДК 621.81(075.8)
Нилов В.А. Основы проектирования и конструирования деталей машин: учеб. пособие / В.А. Нилов, Р.А. Жилин, Ю.Б. Рукин. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007. 293 с.
В учебном пособии рассмотрены вопросы расчета и конструирования типовых деталей машин. Особое внимание уделено освещению вопросов, связанных с изучением общих принципов расчета и приобретении навыков конструирования, обеспечивающих рациональный выбор материалов, форм, размеров и способа изготовления типовых деталей машин.
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования понаправлению200500 «Метрология, стандартизация и сертификация», специальности 200503 «Стандартизация и сертификация», дисциплине «Детали машин (приборов) и основы конструирования».
Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Конспект ДМ СТ.doc.
Табл. 19. Ил. 149. Библиогр.: 6 назв.
Научный редактор канд. техн. наук, доц. Б.Б. Еськов
Рецензенты: кафедра дорожных и строительных машин ВГАСУ (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. П.И. Никулин); канд. техн. наук, доц. М.Г. Поташников
1. Нилов в.А., Жилин р.А, Рукин ю.Б., 2007 Оформление. Гоувпо «Воронежский государственный технический университет», 2007 о сновные положения
1.1.Термины и определения. Классификация
Дисциплина «Детали машин (приборов) и основы конструирования» являются первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов.
Как самостоятельная научная дисциплина курс «Детали машин» оформился к 80-м годам XIX века. В это время он был выделен из общего курса построения машин. До этого расчеты машин элементарный характер. Студенты изучали все вопросы машиностроения в общем курсе построения машин. Развитие машиностроения и теории расчета машин сделало этот курс чрезвычайно обширным, а общее обучение – нецелесообразным. Поэтому курс построения машин был расчленен на ряд общетехнических и специальных дисциплин.
В России первый курс под названием «Детали машин» написан в 1881 г. проф. В. Л. Кирпичевым (1845–1913). В дальнейшем этот курс получил свое развитие в трудах проф. П. К. Худякова (1857–1936), А. И. Сидорова (1866–1931), М. А. Саверина (1891–1952) и др. Из курсов, написанных зарубежными учеными, переведены на русский язык и широко использовались труды К. Баха и Ф. Ретшера.
В зависимости от сложности и габаритов, всякий продукт машиностроения состоит из конечного числа объектов. В соответствии со стандартом для обозначения этих объектов используются ниже следующие термины.
Изделие – это согласно ГОСТ 2.101-68 любой предмет (или набор предметов), подлежащий изготовлению на предприятии.
Механизм – система тел, предназначенная для преобразования движения одних твердых тел в необходимые движения других тел.
Машина – механическое устройство, совершающее движения с целью преобразования энергии, материалов и информации, например двигатель внутреннего сгорания, прокатный стан, арифмометр. ЭВМ, с точки зрения машиностроения, не может называться машиной, так как не имеет деталей, совершающих механические движения.
Деталь – это изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций, например винт, гайка, вал, шкив, литой корпус.
Сборочная единица – изделие, составные части которого соединены между собой в процессе сборочных операций (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой и т. д.), например ручка, подшипник, стол, автотракторный двигатель, коробка передач, сварной корпус.
Сборочная единица, которая может собираться отдельно от других составных частей изделия, называется узлом. Укрупненный, обладающий полной взаимозаменяемостью узел, выполняющий определенную функцию, называется машинным агрегатом (например, электродвигатель), а метод компоновки промышленных изделий из отдельных агрегатов называется агрегатированием. Агрегатирование значительно упрощает проектирование, сборку, эксплуатацию, ремонт и модернизацию изделий.
Многие детали и узлы различных машин похожи, имеют одинаковое функциональное назначение, поэтому их называют деталями общего назначения и именно они являются объектом изучения в настоящем курсе. Детали, характерные только для некоторых типов машин (например, пропеллеры самолетов, гребные винты судов, лопатки турбин, шатуны, коленвалы и поршни двигателей и т. п.), называются деталями специального назначения и рассматриваются в специальных дисциплинах.
Комплекс – два и более изделия, не соединенные сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций, например поточная линия станков, телефонная станция.
Комплект – два и более изделия, не соединенные сборочными операциями и предназначенные для выполнения вспомогательных функций, например комплект запасных частей, измерительного инструмента, записывающей аппаратуры.
Основные требования к конструкции деталей машин. Совершенство конструкции детали оценивают по ее надёжности и экономичности. Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.
Работоспособность (ГОСТ 27.002–89) узлов и деталей машин – состояние, при котором сохраняется способность выполнения заданных функций в пределах параметров, установленных нормативно-технической документацией.
Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин – прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов – износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным критериям.
Прочность – главный критерий работоспособности большинства деталей машин без поломок при постоянной (статической) и переменной нагрузке. Непрочные детали не могут работать. Следует помнить, что разрушения частей машины приводят не только к простоям, но и к несчастным случаям. Прочность при статической нагрузке – это способность детали сохранить работоспособность без поломок при максимальной нагрузке, на которую она рассчитана. Прочность при переменной нагрузке – это способность сохранить работоспособность без поломок в течение заданного времени и при всех видах действующих на деталь нагрузок.
Жесткость – способность тела или конструкции сопротивляться деформированию.
Износостойкость – критерий работоспособности трущихся деталей в течение времени. От износа деталей существенно зависит стоимость эксплуатации в связи с необходимостью периодической проверки их состояния и проведения ремонта с целью восстановления работоспособности.
Теплостойкость – сохранение работоспособности и прочности деталей в условиях рабочих температур.
Виброустойчивость – сохранение работоспособности деталей и машин в нужном диапазоне режимов с допустимыми колебаниями и без резонанса.
Надежность (ГОСТ 27.002–89) – свойство объекта (машин, механизмов и деталей) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных показателей в нужных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.
Долговечность – свойство машины (механизма, детали) сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технических обслуживании и ремонтов. Под предельным понимается такое состояние объекта, когда дальнейшая эксплуатация становится экономически нецелесообразной или технически невозможной (например, ремонт обходится дороже новой машины, детали или может вызвать аварийную поломку).
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений и устранению их последствий в процессе ремонта и технического обслуживания.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность в течение и после хранения или транспортирования.
Чертежи деталей и сборочных единиц обязательно имеют технические требования на изготовление. Чертежи сборочных единиц дополнительно снабжаются технической характеристикой и подетальной спецификацией (отдельный текстовый документ).
Задача курса «Детали машин и основы конструирования» заключается в том, чтобы исходя из заданных условий работы детали или сборочной единицы, изложить научно-обоснованные методы и правила их проектирования и конструирования. При этом принятый метод должен обеспечить выбор наиболее рациональных форм, размеров, материала, степени точности и качества изделия.