Основные требования, предъявляемые к деталям и сборочным единицам машин

ЛЕКЦИЯ 1

Введение. Основы проектирования деталей машин

Целью курса «Детали машин и основы конструирования» является изучение основ расчета и конструирования деталей и узлов общего назначения.

Конструирование. Конструирование – творческий процесс создания оптимального варианта машины в документах (главным образом, в электронных моделях и чертежах) на основе теоретических расчетов, конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта.

Последовательность создания документов при конструировании Конструирование машин выполняют в несколько стадий, установленных ГОСТ 2.103-68. Для единичного производства это:

1.Разработка технического предложения

2.Разработка эскизного проекта

3.Разработка технического проекта

4.Разработка рабочей документации для изготовления изделия.

5.Корректировка документации по результатам изготовления и испытания изделия

Основные определения

Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций

Рис.1. Детали автомобиля

Детали по эксплуатационному признаку можно разделить на:

детали общего назначения (болты, шайбы, гайки и др.);

Рис.2. Детали общего назначения

детали специального назначения (лопатки, диски турбин и др.).

Рис.3. Рабочее колесо газовой турбины                             Рис.4. Паровая турбина

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций

Рис. 5. Общий вид крестовины: 1 – крестовина; 2 – пыльник; 3 – манжетное уплотнение; 4 – игольчатый подшипник; 5 – упорный подшипник; 6 – корпус игольчатого подшипника (стакан); 7 – стопорное кольцо.

Узел - законченная сборочная единица, состоящая из деталей общего функционального назначения.

Рис. 6. Рулевое управление                                          Рис.7. Ходовая часть

Машина - устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Рис.8. Токарный станок

валы и оси несут на себе вращающиеся детали передач;

Рис.12. Валы и оси

опоры служат для установки валов и осей;

Рис.13. Конструкция промежуточной опоры карданного вала:

1 - вилка;

2 - упругая подушка;

3 - подшипник промежуточной опоры

муфты соединяют между собой валы и передают вращающий момент;

Рис.14. Втулочно-пальцевая муфта

соединительные детали (соединения) соединяют детали между собой

Рис.15. Болтовое соединение                                                        Рис.16. Сварное соединение

упругие элементы смягчают вибрацию и удары, накапливают энергию, обеспечивают постоянное сжатие деталей;

Рис.17. Упругая подвеска автомобиля

корпусные детали организуют внутри себя пространство для размещения всех остальных деталей, обеспечивают их защиту.

Отказ – событие, нарушающее работоспособность. Отказы делятся на: постепенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неустранимые. Расчет вероятности безотказной работы P(t) базируется на статистических данных, математическом моделировании и т.п.

,                                                                                             (1)

где N₀ – число испытанных деталей (одного наименования); N_t – число деталей отказавших за время наработки t.

Вероятность P(t) безотказной работы машины в целом:

,                                                                                            (2)

где , ,  – вероятности безотказной работы отдельных элементов машины.

Интенсивность отказовλ(t)

Параметром надёжности машин является интенсивность отказов λ(t) - отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, работающих в данный отрезок времени, при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными.

Ресурсные испытания и наблюдения над большими выборками объектов показывают, что в большинстве случаев интенсивность отказов изменяется во времени немонотонно (рис.20).

Рис. 20.График интенсивности отказов                                       

1 Период приработки. Причины отказов: проявление дефектов производства, формирование рациональных форм трущихся деталей, нормальных зазоров.

2 Период нормальной эксплуатации. Причины отказов: случайные перегрузки, скрытые дефекты производства (микротрещины и т. д.).

3 Период проявления износа (резкое повышение интенсивности отказов). Наступает предельное состояние, эксплуатация должна быть прекращена

прочность – способность детали сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы (деформации);

жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой;

устойчивость -свойство системы самопроизвольно восстанавливать первоначальное положение после снятия нагрузки.

износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела при трении, проявляющемся в постепенном изменении размеров или формы;

теплостойкость – способность сохранять свои свойства при действии высоких температур;

виброустойчивость – способность работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

При всей значимости всех описанных критериев, нетрудно заметить, что прочность является важнейшим критерием работоспособности и надежности.

Невыполнение условия прочности автоматически делает бессмысленными все другие требования и критерии качества машин.