Конструкции и детали механических систем.

Схема процесса проектирования.

Проект изделия – это совокупность технико-экономических расчетов, схем, чертежей и др. конструкторских документов, который содержат данные об устройстве и принципе действия изделия, основных параметров кинематики и динамики, надежности, экономичности, а также содержит указания по технологии указания сборки и испытаниям.

Стадии разработки проекта:

1.ТЗ – техническое задание. 2. ТП – техническое предложение. 3. Эскизный и технический проекты. 4. Разработку ТД – технической документации.

ТЗ обычно составляется заказчиком с целью определить основное назначение разрабатываемого изделия, его технико-экономические характеристики и требования (скорость, производительность, особенности изделия). В ТЗ м/б предусмотрены требования технологии производства (технологичности), автоматизации регулирования и управления, техника безопасности, эстетики и эргономики.

ТПпредставляет собой совокупность конструкторских документов содержащих технико-экономическое обоснование выбора варианта построения проектируемого изделия. Специально разрабатываются все возможные варианты, поставленные в ТЗ задачи. Проводят их анализ и сравнительную оценку с учетом существующих подобных изделий.

В эскизном проекте разрабатываются принципиальные конструкторские решения принятого варианта, дающие общие представления об устройстве и принципе действия системы, также производятся расчеты основных параметров и размеров. В сложном случае разрабатываются отдельные макеты узлов. Производится проверка и отработка.

В техническом проекте даются окончательные технические конструкторские решения, графическая часть состоит из чертежей общего вида сборочных и монтажных чертежей, схем и спецификаций, которые служат основанием для разработки рабочей конструкторской документации. Составляется пояснительная записка. Проект должен содержать расчеты по кинематике, динамике системы, расчеты на прочность, надежность, точность взаимодействий деталей и узлов. Изготовляются макеты.

Рабочая документация вкл все необходимое для изготовления и испытания опытного образца партии изделий, выпуска установочной серии и организации серийного производства. При проектировании простых систем мех. Рабочая документация может сочетаться со стадией проектирования.

Основные критерии работоспособности элементов приборов.

От работоспособности деталей зависит работоспособность всей системы в целом. Важные критерии:

 1)прочность2)жесткость3)виброустойчивость4)износостойкость

5)надежность6)теплостойкость

Прочность – главный критерий работоспособности деталей и машин. Для обеспечения прочности необходимо деталям придавать размеры и конструкторские формы исключающие возможность преждевременных поломок и поверхностных разрушений. Н-р, ребра жесткости, необходимая толщина деталей. Преждевременные поломки недопустимы поэтому прочность деталей д/б обеспечена с учетом срока службы.Жесткость– критерий работоспособности, предусматривающий ограничение упругих деформаций в пределах, предусмотренных для определенных условий работы деталей. Н-р, недопустимы прогиб вала, колеса.Износостойкость – от неё зависит стоимость эксплуатации и расходы на ремонт машин, т.к. износ ограничивает долговечность деталей. Из-за износа изменяются размеры деталей при этом снижается точность механизма, уменьшается КПД. При износе ухудшаются динамические свойства механизма или машины в целом.Надежность деталей – свойство безотказно выполнять предназначенную рабочую функцию в течение определенного срока службы или при выполнении заданного объема работы.

Безотказная работа – выполнение прибором функций с необходимой точностью в течение заданного срока службы без прекращения нормальной работы машины.

Отказ: катастрофический, внезапный.

Вероятность безотказной работы p(t)– численный параметр для оценки надежности. q(t) – вероятность отказов. p(t)+q(t)=1. p(t)= вероятность того, что в течение установившегося расчетного срока службы при заданных условиях эксплуатации не произойдет отказа в работе прибора из-за повреждения одной или нескольких деталей.

Существует ряд критериев для оценки надежности (частота отказов, …).

Следующие параметры используют для надежности изделий.

Резервирование– повышает надежность, но дорого.

Виброустойчивость – это способность конструкции работать в заданных условиях эксплуатации без недопустимых вибраций.

Теплостойкость – свойство сохранять работоспособность при различных изменениях температурного режима. Поскольку механические характеристики материалов при нагрузке зависят от температуры. Это связано с выбором материалов. Детали должны обладать минимальной ползучестью (непрерывная деформация при постоянных нагрузках, изменении температуры).

При определении конструктивной формы в выборе материала для деталей установлении наиболее рационального технологического процесса производится с учетом большого числа критериев работоспособности деталей (выбор деталей, технологического процесса). Желательно число критериев выбирать большим при этом надо обеспечивать максимальную технологичность деталей.

Технологичная конструкция деталей – это такая конструкция, которая в условиях данного производства обеспечивает повышенную производительность изготовления деталей при наименьших затратах материалов и минимальные затраты материалов средств труда и времени, снижение стоимости и повышение качества.

Конструкции и детали механических систем.

Используемые в технике системы соединенных между собой тел бывают жесткими и подвижными. Система тел жесткая если тело под действием сил F не может изменить свою первоначальную конфигурацию (рис1). Система тел подвижна если внутри тела допустимо определенное движение тел 1,2,3 относительно закрепленного тела 4 (рис2). Такие системы называют механизмами (движение одного или нескольких тел преобразуется в требуемое движение остальных тел).

Тела могут быть жидкими, газообразными, твердыми. Чаще используют твердые. При первом приближении их считают абсолютно жесткими. По структурно-конструктивным признакам механизмы: рычажные; зубчатые; фрикционные; с гибкими связями; кулачковые; винтовые. Механизмы (мз): плоские, пространственные. Чаще используют плоские, все их точки движутся в параллельных плоскостях (зубчатые передачи). Пространственные: зубчатые с колесами.

Рычажные мз – преобразуют вращательное и поступательное движения в любое с требуемыми параметрами. Зубчатые мз – для изменения параметров вращат-го дв и для преобр-я в поступат-е. Фрикционные мз = зубчатые, но за счет сил трения (сцепления). Червячные мз – применяют при необходимости реализовать отношение частот вращения двух перекрещивающихся валов. Клочковые мз – дв-е клочка преобр-ся в дв-е толкателя. Винтовые мз – вращат-ое дв-е преоб-ся в прямолнейное и наоборот. Комбинированные мз.

Разъёмные соединения.

Это соединения для периодической разборки и сборки. Они должны сохранять взаимное расположение деталей при работе и повторной сборке в условиях сложных динамических нагрузок. К разъемным соед. относят: резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые.

Любой прибор состоит из ряда сборочных единиц (узлов), деталей, соединенных определенным образом. Подвижными соединениями обеспечивается определенное перемещение одних деталей относительно других. Неподвижные соединения применяют для обеспечения строго фиксированного положения одной детали относительно др. соединения должны легко выполняться без применения дополнительных деталей и сложного вспомогательного оборудования. Все соединения в зависимости от свойств и способа выполнения разделяются на: РАЗЪЕМНЫЕ, НЕРАЗЪЕМНЫЕ.

5. Расчёт резьбового соединения (рс) на прочность.

Рс осуществляется навинчиванием одной детали на др. Резьба: наружная, внутренняя, правая, левая; одно- и многозаходные; для соединения деталей(крепежные) и для герметичных соед(трубопроводы).

В реальных условиях эксплуатации истинный характер нагружения витков резьбы выявить трудно, поэтому расчет проводят не по истинным, а по условным напряжениям. Условное напряжение: все витки нагружены равномерно.

Рис1 H – высота исходного контура; P – шаг резьбы; d, D – наружный диаметр резьбы болта/гайки; d2, D2 – средний диаметр резьбы болта/гайки; d1, D1 – внутренний средний диаметр резьбы болта/гайки.

Рис2 τ – напряжение среза; σсм – напряжение смятия; ав – сечение винта; ес - сечение гайки.

Асм =π*(d2-d12)*(z/4) (1), где Асм – площадь смятия; d – наружный диаметр резьбы; d1 – внутренний диаметр резьбы; z – число рабочих витков. Асм =π*d2*z*h(2), σсм=FA/Aсм= FA/( π*d2*z*h)≤[σсм] (3), где [σсм]-допустимое напряжение смятия (приводится в справочниках), FA – действие осевой силы.

Если обе соед детали изготавливают из одинаковых материалов, то резьба разрушается по d1: Аср= π*d1*z*К*Р, где К –коэффициент полноты резьбы.

Если винт изготовить из стали, гайку из бронзы/ чугуна, то разрушение может произойти по наружному диаметру: τср= FA/Aср = FA/( π*d1*z*К*Р)≤[ τср] – условие прочности по напряжениям среза.

При применении стандартных крепежных деталей расчет винта на растяжение:  , где [σр]-допустимое напряжение при растяжении. Но вместе с осевым усилием FA может действовать радиальная составляющая Fr. В этом случае при действии радиальных сил рассматривают: 1) установка болта с зазором; 2) установка болта без зазора. 1. Если болт с зазором и имеет затяжку, то он испытывает сопротивление [σр′]: . 2. Если болт без зазора, то болт разрушается в результате среза его стержня поперечной/ радиальной силой:  , где d1- диаметр стержня.