Детали машин в машиностроении

ГБПОУ РМ Рузаевское отделение «Саранский политехнический техникум»

Изготовление деталей машин

Раздел 1. Требования к машинам и деталям

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

Классификация машин

МАШИНЫ

Энергетические

Рабочие

Информационные

Классификация машин

МАШИНЫ

Рабочие

Информационные

Предназначены для преобразования видов энергии ( электродвигатели, генераторы, двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, турбины и т.п .).

Энергетические

Классификация машин

МАШИНЫ

Рабочие

Информационные

Предназначены для сбора, хранения, переработки и использования информации.

Энергетические

Классификация машин

МАШИНЫ

Рабочие

Информационные

Энергетические

Транспортные

Технологические

Классификация машин

МАШИНЫ

Информационные

Рабочие

Энергетические

Предназначены для перемещения изделий, грузов или людей ( автомобили, самолеты, транспортеры, шнеки, краны и др .).

Технологические

Транспортные

Классификация машин

МАШИНЫ

Рабочие

Информационные

Энергетические

Транспортные

Технологические

Предназначены для изменения формы, размеров или внутренних свойств обрабатываемого предмета ( станки, термические агрегаты и т.п .).

На предприятиях различные машины объединяют в линии , автоматически выполняющие весь процесс изготовления или переработки продукта производства.

В структурном отношении машина представляет собой единый комплекс механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей , обеспечивающий выполнение присущих ей функций.

Механизм – система твердых тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Н А П Р И М Е Р

Кулачковый механизм

Кривошипно-шатунный и кулачковый механизмы двигателя автомобиля

Кривошипно-шатунный механизм компрессора

Звено механизма – одна или несколько жестко соединенных деталей, входящих в состав механизма.

В структурном отношении машина представляет собой единый комплекс механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей , обеспечивающий выполнение присущих ей функций.

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями.

Узел – сборочная единица , которую можно собирать отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения.

Н А П Р И М Е Р

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Подшипник качения

В структурном отношении машина представляет собой единый комплекс механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей , обеспечивающий выполнение присущих ей функций.

Деталь – часть машины, изготовленная из одноименного по марке и наименованию материала без применения сборочных операций.

Н А П Р И М Е Р

В а л

Винт

Заклепка

Колесо зубчатое

цилиндрическое

Основные требования к машинам:

Точность

Производительность

Экономичность

Технологичность

Надежность и долговечность

Удобство и безопасность обслуживания

Транспортабельность

Современный дизайн

При расчетах, конструировании и изготовлении машин должны соблюдаются стандарты:

Международные ( ISO )

Государственные (ГОСТы)

Отраслевые (ОСТы)

Предприятия (СТП)

Машиностроительные стандарты – это документы, содержащие обязательные нормы, правила и требования в сфере проектирования, производства, эксплуатации и ремонта машин .

Наиболее эффективный метод стандартизации – унификация – рациональное сокращение числа объектов одинакового функционального назначения, а также сведение к минимуму типоразмеров деталей.

Раздел 2 . Критерии работоспособности деталей машин

В процессе работы любая машина должна находиться в состоянии, при котором она способна нормально выполнять заданные функции !

Такое состояние называют работоспособным.

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или нескольким критериям .

Прочность  способность детали сопротивляться разрушению или пластичес кому деформированию под действием нагрузок.

Различают статическую и усталостную прочность деталей.

Усталостное разрушение вызывается длительным действием переменных напряжений.

Нарушение статической прочности обычно связано с перегрузками.

Повы шаю т прочность за счет рациональной формы детали, устранения концентраторов напряжений, применения поверхностного упрочнения.

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или нескольким критериям .

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой .

Жесткость деталей обеспечивает требуемую точность машины.

Роль жесткости как критерия работоспособности непрерывно возрастает в связи с повышением быстроходности машин, снижением массы и габаритов деталей.

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или нескольким критериям .

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию.

Изнашивание - процесс разрушения поверхностных слоев при трении, заключающийся в отделени и материала с поверхности детали и приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхности деталей.

85-90% машин выходят из строя в результате изнашивания !

Износ – результат процесса изнашивания.

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или нескольким критериям .

Теплостойкость – способность детали работать в пределах заданных температур в течение установленного срока службы.

С увеличением температуры ухудшаются механические свойства материалов, снижается вязкость смазочных материалов, увеличивается изнашивание, изменяются зазоры, возрастают динамические нагрузки.

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или нескольким критериям .

Виброустойчивость  способность детали работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колебаний .

Вибрации снижают качество работы машин , вызывают дополнительные переменные напряжения в деталях, увеличивают шум.

Особенно опасными являются резонансные колебания.

Виброустойчивость является критерием работоспособности машин от которых требуется высокая плавность работы и малошумность.

Выбор критерия работоспособности производят исходя из условий работы детали, ее конструкции и характера возможного разрушения.

При конструировании деталей машин выполняют расчеты:

• Проектировочный ( предварительный ).

По главным критериям работоспособности определяют основные размеры детали.

2. Проверочный ( уточненный ).

По известным размерам и форме детали, определенным из проектировочного расчета или принятым конструктивно, находят основные критерии работоспособности и сравнивают их с допускаемыми.

Раздел 3 . Прочность деталей машин при переменных напряжениях

Многие детали машин или их элементы ( валы, вращающиеся оси, зубья зубчатых колес и др. ) работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодически изменяют свое значение или значение и знак .

Напряжения – это интенсивность внутренних сил, возникающих в детали под действием нагрузки

Многие детали машин или их элементы ( валы, вращающиеся оси, зубья зубчатых колес и др. ) работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодически изменяют свое значение или значение и знак .

Напряжения – это интенсивность внутренних сил, возникающих в детали под действием нагрузки.

Виды НАГРУЗ КИ ( по характеру изменения во времени )

Постоянная ( вызывает постоянные напряжения )

Переменная ( вызывает переменные напряжения )

Переменные напряжения могут быть следствием не только действия переменных нагрузок, но и результатом изменения положения детали по отношению к постоянной нагрузке !

НАПРИМЕР . Ось нагружена постоянной радиальной силой . При ее вращении одни и те же волокна оказываются попеременно то в растянутой, то в сжатой зоне .

Характеристикой напряженности детали при переменном нагружении является цикл напряжений - совокупность последовательных значений напряжений  (или  ) за время одного периода их нагружения - Т .

Циклы напряжений

Асимметричный.

Отнулевой.

Симметричный.

Характеристикой напряженности детали при переменном нагружении является цикл напряжений - совокупность последовательных значений напряжений  (или  ) за время одного периода их нагружения - Т .

Циклы напряжений

Асимметричный.

Отнулевой.

Симметричный.

Отношение

называют

коэффициентом асимметрии цикла.

Для симметричного цикла R = – 1 , для отнулевого  R = 0 .

Разрушение детали при циклическом нагружении называют усталостным . Оно происходит вследствие возникновения и развития микротрещин в зоне концентрации напряжений.

Способность материала воспринимать многократное действие переменных напряжений от заданной нагрузки без разрушения называют выносливостью .

Опытным путем установлено, что для многих материалов существует такое наибольшее напряжение , при котором материал выдерживает, не разрушаясь, неограниченное количество циклов нагружения .

Это напряжение назвают – предел выносливости .

при изгибе – σ R .

Предел выносливости обозначают:

при кручении – τ R .

Предел выносливости определяют опытным путем: испытывают образцы при различных величинах напряжений и находят число циклов N , необходимое для доведения образца до разрушения.

По полученным данным в координатах  – N строят кривую усталости .

При достижении определенного числа циклов N G , называемого базовым , испытания прекращают.

Для отнулевого цикла  R обозначают как  0 .

Для симметричного цикла  R обозначают как  – 1 .

При заданном значении N c по кривой усталости определяют предельное напряжение  с , а при заданном уровне напряжения определяют предельное значение числа циклов .

По полученным данным в координатах  – N строят кривую усталости .

При достижении определенного числа циклов N G , называемого базовым , испытания прекращают.

Для отнулевого цикла  R обозначают как  0 .

Для симметричного цикла  R обозначают как  – 1 .

При заданном значении N c по кривой усталости определяют предельное напряжение  с , а при заданном уровне напряжения определяют предельное значение числа циклов .

На прочность детали оказывают влияние:

• размеры поперечного сечения;

• форма поперечного сечения;

• качество обработки поверхности;

• метод упрочняющей обработки поверхности.

Влияние этих факторов при прочностных расчетах учитывают коэффициентом снижения предела выносливости K σ ( или K τ ) , показывающим во сколько раз предел выносливости реальной детали, имеющей концентраторы напряжений, меньше предела выносливости гладких стандартных образцов.

Работоспособность ряда деталей машин (зубчатых колес, подшипников качения и др.) определяется контактной прочностью , т. е. прочностью их рабочих поверхностей, контактирующих под нагрузкой.

После приложения внешней нагрузки линейный (или точечный) контакт переходит в контакт по малой площадке с высокими значениями контактных напряжений.

Наибольшее контактное напряжение  H о пределяют по формуле Герца :

где: F r – нормальная нагрузка;

b – длина контактной линии.

Е 1 , Е 2 , v 1 и v 2 – соответственно модули упругости и коэффициенты Пуасона материалов деталей;

 пр – приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей.

В инженерных расчетах формулу Герца преобразуют в зависимости от конфигурации конкретных деталей и условий их работы.

Раздел 4 . Конструкционные материалы и способы изготовления деталей машин

Основными машиностроительными материалами являются:

Чугуны

Стали

Неметаллические материалы

Цветные сплавы

Основными машиностроительными материалами являются:

Стали

Это сплавы на основе желез а с содержанием углерода до 2% и другими элементами.

Свойства сталей улучшают легированием , т.е. добавлением в сплав вольфрама, молибдена, хрома, никеля и др.

Основными машиностроительными материалами являются:

Чугуны

Стали

Неметаллические материалы

Цветные сплавы

Основными машиностроительными материалами являются:

Чугуны

Это сплавы на основе железа с содер - жанием углерода более 2% (от 2 до 4%).

Обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами.

Основными машиностроительными материалами являются:

Стали

Чугуны

Неметаллические материалы

Цветные сплавы

Основными машиностроительными материалами являются:

Сплавы на основе меди (латуни и бронзы), алюминия (силумины, дуралюмины), магния или мягких металлов ( Sn , Pb и др.).

Цветные сплавы

Основными машиностроительными материалами являются:

Стали

Чугуны

Неметаллические материалы

Цветные сплавы

Основными машиностроительными материалами являются:

Пластмассы, древесные, резиновые, текстильные и другие материалы.

Неметаллические материалы

Основными машиностроительными материалами являются:

Стали

Чугуны

Неметаллические материалы

Цветные сплавы

В современных машинах все шире используют:

Композиционные материалы

Порошковые материалы

Композиционные материалы

Это композиции из тонких высокопрочных волокон (углерода, бора, стекла) и пластичной основы (матрицы) – металлической, керамической или полимерной.

Такое строение материалов обеспечивает высокую надежность при переменных напряжениях.

В современных машинах все шире используют:

Основными машиностроительными материалами являются:

Композиционные материалы

Порошковые материалы

Порошковые материалы

Порошковые материалы получают прессованием и последующим спеканием в прессформах из смесей металлических и неметаллических порошков.

Этим материалам можно придать особые свойства, которые не могут быть получены традиционными способами: высокую твердость, пористость, антифрикционность и др .

Для повышения механических и других свойств металлических сплавов применяют термическую и химико-термическую обработку, а также механическое упрочнение.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

Порошковая металлургия

Обработка давлением

Литьё

Ковка, штамповка

Прокатка

(корпуса, крышки, колеса червячных передач и др.)

(заготовки для зубчатых колес, вилки, кривошипы и др.)

(листовой материал, заготовки для валов и др.)

(зубчатые колеса, втулки, поршни и др.)

Полученные заготовки направляют на механическую обработку.

Механическую обработку заготовок деталей производят резанием на металлорежущих станках:

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

Окончательную форму, размеры и шероховатость поверхности детали машин получают в результате обработки резанием .

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

Высокопрочные материалы обрабатывают электрофизическими и электрохимическими методами.

Для упрочнения поверхностных слоев применяют поверхностное пластическое деформирование.

Вопросы для самоконтроля по теме 1

• Назовите виды машин и их назначение. Что такое механизм, деталь, сборочная единица, узел?
• Что понимают по стандартизацией и унификацией в машиностроении?
• Какие требования предъявляют к машинам и их деталям?
• Перечислите основные критерии работоспособности деталей машин.
• Что понимают под циклом перемены напряжений? Назовите характеристики цикла и соотношения между ними.
• Каковы причины усталостного разрушения деталей? Что понимают под пределом выносливости?
• Как определяют наибольшее значение контактных напряжений?
• Назовите основные конструкционные материалы.
• Какие способы получения заготовок деталей машин Вы знаете?
• С какой целью используют механическую обработку заготовок?

Тема 2

Повторить тему 1