- Артикул:00200990
- Автор: Балдин В.А.
- ISBN: 5-94628-132-1
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Академкнига (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 332
- Год: 2006
- Серия: Учебник для ВУЗов (все книги серии)
Развернуть ▼
В учебном пособии рассмотрены классификация, теория и расчеты различных типов механических передач, используемых в транспортных колесных и гусеничных машинах, специальных устройствах строительно-дорожных машин, подъемно-транспортного оборудования и др.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям направлений подготовки "Транспортные машины и транспортно-технические комплексы" и "Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования".
Введение
Основной задачей курса "Детали машин и основы конструирования" является познание общих методов инженерных расчетов на базе типовых элементов машин. Создателем курса "Детали машин" был проф. В.Л. Кирпичев (1881 г.). Дальнейшее развитие этот курс получил в работах русских ученых П.К. Худякова, А.И. Сидорова, М.А. Саверина, Д.Н. Решетова и др.
Широкую известность получили труды зарубежных ученых - Баха и Ретшера. В настоящее время исследованиями в области деталей машин занимаются научно-исследовательские и учебные институты, машиностроительные предприятия и специальные конструкторские бюро. В современных условиях массового и специализированного производства значение курса "Детали машин и основы конструирования" еще более возрастает с учетом применения современных способов расчета, использования ЭВМ и приемов автоматизированного проектирования.
Современное машиностроение отличается сложностью зависимостей работоспособности реальных элементов машин. Работоспособность не только определяется величинами и характерами нагрузок, применяемыми материалами и обработкой, но существенными для нее оказываются размеры и формы деталей, потребный срок службы, учет возможных перегрузок, концентраторов напряжений и т.п. Вследствие такого многообразия факторов и соответствующих расчетных допущений появляется необходимость в многочисленных поправочных, уточняющих коэффициентах. Именно в этом и проявляется основное отличие инженерных методов расчета от общетеоретических.
Возможная многовариантность конструктивных решений и различные методики расчета приводят к необходимости найти оптимальный метод в соответствии с известными условиями эксплуатации и даже с позиций эстетики и эргономики. Проектирование - это не только научный расчет, но зачастую и искусство. Наконец, при расчете число определяемых неизвестных почти всегда превосходит число возможных уравнений, поэтому расчет приходится вести методом последовательных приближений (уточнений). Необходимо научиться выбирать исходные величины, некоторые значения принимать конструктивно и, определив остальные недостающие, расчетно подтвердить пригодность создаваемой машины к эксплуатации. Надо также уметь использовать современную вычислительную технику, облегчающую перебор возможных конструктивных вариантов для нахождения оптимального решения.
В курсе "Детали машин и основы проектирования" используются знания по предшествующим дисциплинам: сопротивлению материалов, материаловедению, взаимозаменяемости, теоретической механике, теории механизмов, черчению, прикладной математике, составляющим общеинженерную ступень высшего образования.
Основные условия изучения дисциплины - максимальная самостоятельность, ритмичность и научно-исследовательский (в учебном смысле) характер, аналитический подход (анализ и синтез) при проработке почти каждого вопроса. Без самостоятельной работы нельзя научиться составлять расчетные схемы, оценивать условия работы, обосновывать принимаемые допущения и выбираемые поправочные коэффициенты. Без ритмичности трудно уложиться в отводимые сроки обучения при освоении огромного многообразия приемов конструирования и разновидностей методов расчета. Поэтому участие в УНИРС и даже НИР кафедры весьма желательны для каждого студента.
Машиностроение - ключевая отрасль экономики. Машины являются основой промышленности и транспорта, сельского хозяйства и всех видов строительства, освоения космоса, обеспечения обороны страны, становления энергетики и т.д.
Типовыми элементами называются детали и узлы, входящие в состав большинства машин. К ним относятся:
¦ передачи (зубчатые, червячные, винтовые, цепные, ременные, фрикционные и т.п.);
¦ элементы передач (валы и оси, подшипники, муфты и др.);
¦ соединения (резьбовые, шлицевые, сварные, клеевые, прессовые, заклепочные и т.д.).
По такому же принципу обычно разделяется и дисциплина "Детали машин". Наиболее серьезной частью как по важности, так и по многообразию материала, являются передачи.
Механические передачи распространены в общем машиностроении, а также в транспортных колесных и гусеничных машинах, в специальных устройствах строительно-дорожных машин, подъемно-транспортного оборудования, в металлообрабатывающих станках и др. Приводимые в учебном пособии расчеты используются при конструировании механических элементов гидромеханических, гидравлических, электромеханических и многих других комбинированных передач, широко применяемых в различных областях современного машиностроения и технологическом оборудовании.
Специальные элементы машин, применяемые только в отдельных отраслях, определяющих их специфику, изучаются в соответствующих специальных дисциплинах. Однако общие методы расчета и проектирования механических элементов, изучаемые в курсе "Детали машин и основы проектирования", естественно, полностью распространяются и на большинство специальных элементов машиностроения. Таким образом, данный курс является базовым для подавляющего большинства расчетно-конструкторских дисциплин с точки зрения общности расчетных приемов и проектирования, т.е. отработки единой методики конструирования. Эта единая методика должна использоваться почти во всех расчетах различных конструктивных элементов.
Общей тенденцией совершенствования машиностроения, безусловно, является повышение качества в самом широком смысле. Качественные показатели укрупненно сводятся:
-к увеличению мощностных и скоростных параметров;
- повышению точности работы, удобству эксплуатации и ремонта;
- повышению надежности изделий;
- возрастанию свойств автоматизации работы;
- технологичности и экономичности изготовления и эксплуатации машин;
- возможно широкой стандартизации и унификации;
- возможно широкому удовлетворению эстетических и эргономических требований.
Все эти показатели в той или иной степени взаимосвязаны и взаимозависимы. Конструктору зачастую приходится сочетать оригинальность решения с максимальным использованием стандартных деталей, унификацией узлов.
Современная машина - это сложная композиция отдельных элементов: деталей, узлов, агрегатов.
Деталь- это элемент, изготовленный без использования сборочных операций (простейшие элементы - вал, болт, шпонка, шестерня и т.д.).
Узел - неразъемное или разъемное соединение деталей, обусловленное технологией сборки (редуктор, муфта, подшипник и т.д.). Агрегатом (или группой) называется соединение узлов и деталей, объединенных общностью выполняемых функций (двигатель, коробка передач и т.п.). Иногда различие между агрегатом и узлом может быть и не столь ощутимым.
Понятие изделия как объекта производства весьма широкое.
Узлы, детали или агрегаты одной машины могут быть изделиями различных заводов. Изделием предприятия может быть и самолет, и автомобиль, и двигатель, и, наконец, болт.
Главным показателем качества изделий (агрегатов, узлов, деталей) является надежность, которая включает в себя безотказность работы, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Недостаточная надежность сдерживает научно-технический прогресс, существенно затрудняет автоматизацию. Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается высоким уровнем производства и сохраняется грамотной эксплуатацией.
Надежность машин зависит от надежности ее элементов и способа их сочетания. Если в машине не предусмотрено резервирование, то, естественно, общая ненадежность машины оказывается произведением надежности ее элементов, т.е. надежность машины всегда меньше надежности наименее надежного элемента. Иначе говоря, надежность следует понимать как свойство сохранения работоспособности при заданном сроке службы изделия. В этом смысле отказ - нарушение работоспособности. Например, если из 10 000 данных элементов отказывает один, то надежность будет(10 000 - 1)/10 000 = 0,9999.
Другими словами, работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с заранее обусловленными параметрами, а надежность - вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы в определенных условиях.
Работоспособность элементов машин в зависимости от условий их работы определяется одним или чаще несколькими из основных критериев.
1. Прочность (и особенно циклическая прочность) является, пожалуй, главным критерием. Она определяется условием сравнения действующих и допускаемых напряжений: действующие должны быть меньше или, в крайнем случае, равны допускаемым. Иначе говоря, необходимо знать запас прочности и оценивать вероятность безотказной работы. Точностью проводимых расчетов не только гарантируется прочность, но и характеризуется целесообразность использования материала. Излишние запасы прочности (большая разница между допускаемыми и действующими напряжениями) приводит к увеличению габаритных размеров и массы деталей, что не только эстетически недопустимо, но и просто противоречит условию экономичности. По возможности, весь материал изделия должен участвовать в восприятии нагрузок. Поэтому нужно уметь правильно составить расчетную схему и обоснованно выбрать запас прочности, что и определяет инженерное искусство.
2. Жесткость - способность детали сопротивляться изменению формы. Необходимость расчетного учета жесткости возрастает по мере увеличения прочности сталей (материалов), так как поломка еще далеко не наступает, а изменение формы (прогиб, излишняя закрутка) уже сказывается отрицательно. Это определяется тем обстоятельством, что параметры жесткости - модули первого и второго родов мало зависят от качества стали (материала). Таким образом, расчетная жесткость обеспечивается формой и размерами основных сечений детали.
3. Износостойкость - сопротивляемость постепенному уменьшению размеров деталей в результате трения. Износ вызывает потерю точности, снижает прочность и КПД, увеличивает шум и вибрации. Для повышения износостойкости применяют смазочные материалы, увеличивают твердость поверхностей и чистоту обработки, используют антифрикционные материалы (цветные металлы, пластмассы и т.п.). Для повышения износостойкости часто приходится искусственно уменьшать допускаемые напряжения в местах сопряжения трущихся поверхностей, использовать явление полужидкостного или жидкостного трения, т.е. обеспечивать гидродинамические критерии работы.
4. Теплостойкость - обеспечение рабочей температуры в допустимых пределах, зависящих в основном от свойств применяемых масел. Чрезмерный нагрев снижает прочностные характеристики, способствует увеличению износа, повышает "ползучесть" материала и снижает эффективность смазки. Поэтому во многих случаях требуются проверка возможной температуры нагрева и применение специальных мероприятий для обеспечения необходимого охлаждения.
5. Вибростойкость или виброустойчивость. Высокочастотные вибрации вызывают дополнительные напряжения и усталость материалов, т.е. приводят к снижению прочностных качеств, которое наиболее опасно в высокоскоростных механизмах и машинах. Особенно неприятны явления резонанса в случаях совпадения вынужденных и собственных частот колебаний в конструкции. Применением специальных виброгасителей - демпферов, а также варьированием моментами инерции и жесткостями рассчитываемой конструкции удается существенно уменьшить или исключить вибрации. Эксплуатация в резонансных режимах вообще недопустима. Условно считается, что машины, как правило, должны эксплуатироваться в дорезонансных режимах и лишь в специфических случаях в зарезонансных областях.
6. Коррозиестойкость - предохранение от ржавления и окисления. Потери от коррозии приводят к миллиардным убыткам и необходимости ежегодного наращивания выплавки сталей. Коррозия - одно из самых распространенных и губительных явлений настоящего времени, и особенно из-за ужесточения условий работы металлов. Это и обычное ржавление, и внутреннее окисление, и особенно опасная межкристальная скрытая коррозия. Для уменьшения влияния коррозии применяются антикоррозийные покрытия, смазочные материалы, нержавеющие стали, пластмассовые композиции и т.д.
Рекомендуем
