Детали машин и основы конструирования

Детали машин и основы конструирования
Классификация деталей и узлов машин
Виды нагрузок, действующие на детали машин
Требования к жесткости деталей машин
Теплостойкость
Классификация соединений и критерии
их работоспособности
Соединения внахлестку
Соединение деталей с гарантированным натягом
Материалы резьбовых соединений
Резьбовые соединения
Расчет винтовых соединений
Расчет винтов, подверженных
переменной нагрузке
Соединение штифтами
Фрикционные передачи
Передачи с цилиндрическими и
коническими катками
Классификация вариаторов
Торовый вариатор
Основы расчета прочности фрикционных пар
Ременные передачи
Клиновые ремни
Силы и напряжениия в ремнях
Передача без натяжного ролика
Кинематика ременных передач и
критерии расчета
Расчет ременных передач
Зубчатые передачи
Виды разрушения зубьев
Расчет зубьев прямозубых цилиндрических
колес на изгиб
Передачи коническими зубчатыми колесами
Расчет конических колес
Червячные передачи
Конструкция червячных редукторов
Причины выхода из строя червячных передач
Глобоидные передачи
Основные параметры цепных передач
Передачи винт – гайка
Ориентировочный и приближенный расчет валов
Уточненный расчет валов
Расчет валов на жесткость
Основные типы подшипников качения,
их характеристика
Трение и смазка в подшипниках скольжения
Виды несоосности валов
Расчет муфты
Конструкция и расчет упругих муфт
Управляемые или сцепные муфты
Конические муфты. Расчет
Цилиндрические шинно-пневматические муфты
Автоматические самоуправляемые муфты
Пружины
 

Классификация соединений и критерии их работоспособности.

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные(различного рода шарниры, подшипники, зацепления и пр.) и неподвижные(болтовые, сварные, шпоночные и др.). Наличие подвижных связей в машине обусловлено её кинематической схемой. Неподвижные связи обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство, облегчить сборку, ремонт, транспортировку и т. п.

Неподвижные связи в технике называют соединениями.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения.

Неразъемные соединения не позволяют разделять детали без их повреждения. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся: заклепочные, сварные и соединения с натягом (прессовые).

Работоспособность и надежность соединений характеризуется определенными критериями. Важнейшие критерии: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей. Непрочные детали не могут работать. Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости(значения рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала).

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой.

Изнашивание- процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения.

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях; понижение точности работы машины.

Виброустойчивость снижает качество работы машин.

Конструкция, классификация и область применения заклепочных соединений. Разновидности заклепок, материалы, применяемые для изготовления заклепок.

Заклепочное соединение неразъемное. Применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуют расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей. При расклепывании вследствие пластических деформаций образуется замыкающая головка, а стержень заклепки заполняет зазор в отверстии. Силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали. Отверстия в деталях продавливают или сверлят. Сверление менее производительно, но обеспечивает повышенную прочность. Клепку можно производить вручную или машинным способом. Стальные заклепки малого диаметра и заклепки из цветных металлов ставят без нагрева- холодная клепка. Стальные заклепки диаметром больше 10 мм ставят горячим способом- горячая клепка. В зависимости от конструкции соединения применяют различные типы заклепок: с полукруглой головкой, полупотайная, потайная, трубчатая.

По назначению заклепочные соединения разделяют на прочные(в металлоконструкциях), прочноплотные(в котлах и резервуарах с высоким давлением), плотные(в резервуарах с небольшим внутренним давлением).

По конструктивному признаку различают заклепочные соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные, односрезные и многосрезные.

Заклепочные соединения применяют для деталей, материал которых плохо сваривается, и в тех конструкциях, где важно растянуть во времени развитие процесса разрушения.

Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и других металлов. Материал заклепок должен обладать пластичностью и не принимать закалки. При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими.

Допускаемые напряжения для заклепок зависят в основном от характера обработки отверстия(продавленные или сверленные) и характера внешней нагрузки(статическая, динамическая). 

Расчет заклепочных соединений.

Основными нагрузками для заклепочных соединений являются продольные силы, стремящиеся сдвинуть соединяемые детали одну относительно другой. Расчет заклепок в соединении, находящемся под действием продольной нагрузки, сводится по форме к расчету их на срез. Трение в стыке учитывают при выборе допускаемых напряжений среза. При центральном действии нагрузки предполагается равномерное распределение сил между заклепками. В заклепочном соединении допустимая нагрузка, отнесенная к одной заклепке, , где d- диаметр стержня заклепки; -условное допускаемое напряжение заклепки на срез; i- число срезов.

При центрально действующей нагрузке F необходимое число заклепок z=F/F1.

Заклепки на смятие в односрезном или двухсрезном силовом соединении проверяют по формуле , , где s- толщина стенки соединяемых деталей.

Проверка на смятие плотных соединений не нужна, так как в них вся продольная нагрузка воспринимается силами трения в стыке.

Соединяемые элементы проверяют на прочность в сечениях, ослабленных заклепками:

При холодной клепке допускаемые напряжения в заклепках снижают на 30%.

Для элементов соединений с пробитыми и нерассверленными отверстиями допускаемые напряжения снижают на 30%.

Если соединение работает при редких знакопеременных нагрузках, допускаемые напряжения понижают умножением на коэффициент  где Fmin и Fmax –наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы, взятые со своими знаками. 

 Потребная площадь элементов, работающих на растяжение под действием силы F, , где - коэффициент прочности шва, величина которого обычно колеблется в пределах от 0,6 до 0,85; Р- шаг расположения заклепок. При проектном расчете значением φ задаются, потом производят проверочный расчет. В групповых заклепочных соединениях, подверженных сложному напряженному состоянию, силы на одну заклепку определяются, как в резьбовых соединениях.

Сварные соединения, общие сведения, классификация, применение. Расчет сварных соединений встык при нагружении центрально-приложенной силой и моментом.

 Сварное соединение- неразёмное соединение деталей с помощью сварного шва. Сварка деталей основана на использовании сил молекулярного сцепления при местном нагреве их до плавления или разогреве стыка с применением давления. В настоящее время освоена сварка всех конструкционных сталей, включая высоколегированные, цветных сплавов и пластмасс. Сварные конструкции дают значительную экономию металла по сравнению с клепаными и литыми конструкциями. По взаимному расположению соединяемых элементов сварные соединения разделяются на следующие группы: соединения стыковые; соединения нахлесточные; соединения тавровые(впритык); соединения угловые. Соединения, свариваемые электродуговой или газовой сваркой, выполняются при помощи стыковых и угловых швов. Стыковой шов применяется для выполнения соединений встык. Угловой шов используется при выполнении соединений нахлесточных, тавровых и угловых. В зависимости от расположения угловых швов по отношению к действующей нагрузке различают лобовые, фланговые, косые и комбинированные швы. Могут применяться прорезные, пробочные и проплавные соединения. Угловые швы по форме сечения разделяют на нормальные, вогнутые и выпуклые. Основной геометрической характеристикой угловых швов является величина катета шва k, а расчетным сечением- высота h. Для нормального шва h=ksin450. Сварные соединения, выполняемые контактной сваркой, подразделяются на стыковые и на соединения по поверхности- точечные и линейные. Контактная сварка встык выполняется на стыковых машинах, а линейная и точечная- на роликовых и точечных машинах. Сварное соединение является наиболее совершенным из неразъемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к цельным. Проще обеспечиваются условия равнопрочности. Снижения массы и стоимости изделия. Стыковые соединения могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом детали, сечению самой детали в зоне термического влияния. Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок детали, в котором в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства металла. Разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в зоне термического влияния. Поэтому расчет прочности стыкового соединения принято выполнять по размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений. При расчете полосы, сваренной встык: на растяжение ; на изгиб , где b и  - ширина и толщина полосы, -допускаемое напряжение для сварных соединений. Отношение  к допускаемому напряжению на растяжение для основного металла детали  является коэффициентом прочности сварного соединения: .

Классификация деталей и узлов машин. Основные направления в развитии конструкции машин.

Виды нагрузок, действующие на детали машин. Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.

Определение допускаемых напряжений для деталей, изготовленных из пластических, малопластичных и хрупких материалов при действии статической нагрузки

Требования к жесткости деталей машин определяются: Условиями прочности деталей (в случае опасности неустойчивого равновесия или при ударных нагрузках). Устойчивость – критерий, определяющий размер:

Теплостойкость. Работа машин сопровождается тепловыделением, вызываемая рабочим процессом и трением в механизмах.

Соединения внахлестку. Расчет лобовых соединений швов, нагруженных центрально - приложенной силой и моментом.

Соединение деталей с гарантированным натягом. Общие сведения, применение. Усилия запрессовки и распрессовки.

Детали машин и основы конструирования