Машиностроение. Основные принципы проектирования

Атомная энергетика
Основы ядерной физики
Обзор аварийных ситуаций
Утилизация радиоактивных отходов
Математика. Примеры решений
Подготовка к выполнению контрольной
Курсовая работа
Первый семестр
Второй семестр
Третий семестр
Машиностроение
Основные принципы проектирования
Начертательная геометрия
Построение лекальных кривых
Сборочный чертеж
Машиностроительное черчение
Основные свойства параллельного
проецирования
Лабораторные работы Компас
Условия видимости на комплексном
чертеже
Аксонометрические проекции
Позиционные задачи
Взаимное положение точки и плоскости
Взаимное положение двух плоскостей
Способ концентрических сфер
Метрические задачи
Перпендикулярность плоскостей
Построить три проекции призмы
Построить проекции пирамидальной
поверхности
Построить проекции конуса вращения
Построить проекции поверхности
гиперболоида вращения
Построить проекции конуса вращения
общего вида
Построение проекций поверхностей
вращения

Построение проекций винтовых
поверхностей

Виды аксонометpических пpоекций

Hеподвижные pазьемные соединения
Искусство
Готическое искусство
Романское искусство
Техника темперной и масляной живописи
Теория электрических цепей. Физика
Контрольная по физике
Примеры решения задач по физике
Лабораторные работы по физике
Задачи контрольной
Закон Ома для участка цепи,
не содержащего ЭДС
Второй закон Кирхгофа
Основы символического (комплексного)
метода расчета цепей синусоидального тока
Резонанс напряжений
Резонанс токов
Коэффициент мощности
Методы расчета сложных цепей
Метод контурных токов
Метод узловых потенциалов
Метод двух узлов
Принцип наложения, метод наложения
Метод эквивалентного генератора
Трехфазные цепи
Соединение «звезда-звезда»
Мощность трехфазных цепей
Метод симметричных составляющих
Расчет цепей при наличии взаимной
индуктивности
"Развязывание" магнитосвязанных цепей
Воздушный трансформатор
Амплитудное, среднее и действующее
значения
Высшие гармоники в трехфазных цепях
Высшие гармоники при соединении фаз
источника и приемника звездой
Информатика
Учебное пособие по экоинформатике
Компьютерная графика

Расчеты деталей машин рекомендуется производить, за некоторым исключением, в единицах СИ — в м, мм, Н, кН, МН, Нм, Па, МПа. Достаточная точность машиностроительных расчетов для сил — в десятке чисел Н, для моментов — в десятых долях чисел Нм и для напряжений — в десятых долях чисел МПа; при этом 0,5 и больше считается за единицу, а меньшая дробь отбрасывается. Для линейных размеров в миллиметрах берут только целые числа, следовательно, при сантиметрах достаточно закончить первым десятичным знаком. Лишь в особых случаях нужна большая точность — до десятых и даже до сотых долей миллиметра, например, при конусах, винтовой нарезке и в профилировании зубьев.

Приведен пример оформления чертежа привода конвейера. Характеристика привода приведена ниже. Характеристика дана как рекомендуемая и корректируется в каждом конкретном случае в зависимости от варианта задания.

Технические требования на чертеже редуктора

Проектировочный расчет передач заканчивается определением основных геометрических параметров с выполнением эскизной компоновки деталей редуктора

Основные принципы проектирования Проектирование машин и их деталей является особым видом инженерного искусства. Для правильного проектирования недостаточно знания одной лишь теории. Необходимо знакомство с существующими конструкциями и умение в них критически разбираться; знание методов изготовления деталей; знание условий работы проектируемой машины; умение конкретно воплощать свои идеи в виде конструктивного чертежа. Умственное представление всего проектируемого должно предшествовать чертежу так же, как мысль должна предшествовать слову.

Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость надо производить везде, где это возможно, по максимально допускаемым напряжениям и деформациям. Не следует применять резких изменений сечения. Во избежание появления в этих местах концентрации напряжений, часто являющейся причиной поломок, все переходы рекомендуется сопрягать плавными закруглениями не слишком малого радиуса.

Выбирая тип заготовки и материал для изготовления деталей студент должен идти по пути наименьших затрат на изготовление машины и отчётливо представлять технологический процесс её изготовления.

Выбор параметров и расчёт цилиндрических зубчатых передач Расчёт прямозубых и косозубых цилиндрических передач рекомендуется начинать с определения межосевого расстояния после выбора материала зубчатых колёс, расчёта крутящих моментов на валах и назначения передаточного числа передачи

Определяют геометрические параметры передачи

Расчёт червячных передач Червячные передачи применяют в случаях, когда геометрические оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются (обычно под прямым углом). По форме червяка различают передачи с цилиндрическими и с глобоидными (вогнутыми) червяками. Первые, в свою очередь, подразделяются на передачи с архимедовыми, конволютными и эвольвентными червяками

Расчет на контактную выносливость ведут как проектный, определяя требуемое межосевое расстояние

Расчёт зубьев червячного колеса на выносливость по напряжениям изгиба (зубья колеса обладают меньше прочностью чем витки червяка)

Расчёт жёсткости червячного зацепления. Под действием сил в червячном зацеплении червяк и вал червячного колеса прогибаются и правильность зацепления нарушается, что приводит к ускоренному износу

 Смазывание зубчатых и червячных зацеплений и подшипников уменьшает потери на трение, предотвращает повышенный износ и нагрев деталей, а также предохраняет детали от коррозии. Снижение потерь на трение обеспечивает повышение КПД редуктора.

Контроль уровня масла, находящегося в корпусе редуктора, производят с помощью маслоуказателей

Посадки основных деталей передач, назначение шероховатости обработки, обозначение свойств материалов и технологических требований

Выполнение компоновочных чертежей редуктора Компоновку обычно выполняют в два этапа. Первый этап служит для приближённого определения положения зубчатых колёс редуктора, звёздочек (шкивов, муфт) на выходных концах валов относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников. Компоновочный чертёж выполняется в одной проекции – разрез по осям валов при снятой крышке редуктора

Расчёт требуемой мощности электродвигателя и выбор серийного электродвигателя

Пример выполнения курсового проекта Спроектировать одноступенчатый горизонтальный цилиндрический косозубый редуктор и цепную передачу для привода к ленточному конвейеру

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба

Первый этап компоновки редуктора Компоновку обычно проводят в два этапа. Первый служит для приближённого определения положения зубчатых кол1с и звёздочек (шкивов) относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.

Проверка долговечности подшипников

Конструируем узел ведущего вала

Заклепочное соединение относится к неразъемным соединениям

Расчет соединений при симметричном нагружении Основная задача расчета – определение размеров деталей, исключающих повреждения или разрушения элементов соединения.

Расчет соединяемых деталей (листов) Разрушение листа (детали) по сечению, ослабленному отверстием, может происходить под действием больших статических нагрузок. Номинальное растягивающее напряжение в этом сечении также должно удовлетворять условию прочности по допускаемым напряжениям при растяжении для материала деталей

Особенности расчета соединений широких листов

Материалы заклепок и допускаемые напряжения Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и других металлов. Материал заклепок должен обладать пластичностью и не принимать закалки. Высокая пластичность материала облегчает клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам.

Резьбовые соединения Критерии работоспособности и расчета Винты (болты), как правило, работают со значительной силой начальной затяжки. Поэтому для большей части винтов в машиностроении применяют расчеты на статическую прочность.

Расчет резьбовых соединений с предварительной затяжкой, нагруженных внешней осевой силой

Расчет резьбовых соединений, включающих группу болтов Расчет сводится к определению расчетной нагрузки для наиболее нагруженного болта (винта).

Нагрузка соединения раскрывает стык деталей

Клеммовые соединения – это фрикционные (т.е. основанные на действии сил трения) соединения с соосными цилиндрическими посадочными поверхностями, в которых необходимое нормальное давление (натяг) создается затяжкой винтов (болтов).

Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Зубчатые передачи

Силы в зубчатой паре

Расчет передач на сопротивление усталости при изгибе Расчет выполняется при предположениях, что зуб нагружен силой FH, в зацеплении находится одна пара зубьев, а также силы трения отсутствуют.

Конструктивные и эксплуатационные методы повышения износостойкости деталей машин

Замена в узлах машин трения скольжения трение качения Такая замена во многих случаях целесообразна с точки зрения повышения надежности работы деталей и экономичности машин.

Способы установки узлов, уменьшающие дополнительные нагружения при монтаже и в эксплуатации Установка машин и механизмов может быть связана с возникновением начальных напряжений в деталях конструкций, что отрицательно сказывается как на общей прочности деталей, так и на надежности подвижных сочленений.

Червячные передачи Передача вращением между перекрещивающимися валами посредством червяка и сопряженного с ним колеса.

Приведенный коэффициент передачи и КПД червячного редуктора

Детали машин и основы конструирования – это первый из расчетно-конструкторских курсов, в котором рассматриваются основы проектирования и конструирования машин и механизмов.

Виды механического изнашивания

Точность и погрешности изготовления деталей машин При проектировании деталей машин их геометрические параметры задаются размерами элементов, а также формой и взаимным расположением их поверхностей. При изготовлении возникают отступления реальных значений геометрических параметров деталей от идеальных (запроектированных) значений. Данные отступления называются погрешностями. Погрешности могут возникать также в процессе хранения и эксплуатации машин под действием внешней среды, внутренних изменений в структуре материала, износа и т.д.

Классификация механических передач

Кинематические и силовые зависимости При кинематическом и силовом расчете привода используют зависимости, приведенные ниже.

Зубчатая передача– это механизм, в котором движение передается и преобразуется за счет зацепления зубьев. Передача вращательного движения с изменением угловых скоростей и вращательных моментов осуществляется парой зубчатых колес. В машиностроении колесо с меньшим числом зубьев называется шестерней, в приборостроении – трибом. Большее из колес, входящих в зацепление, называется колесом. У зубчатого колеса условно различают тело или основание (диск со ступицей) и зубчатый венец, отделяемый от тела поверхностью впадин зубьев.

Требования, предъявляемые к зубчатым передачам

В зацеплении Новикова контакт зубьев перемещается не по рабочему профилю (по высоте зуба) как в эвольвентном зацеплении, а по длине зуба. Это позволяет очерчивать профили зубьев несопряженными кривыми, в частности дугами окружностей с близкими радиусами кривизны при внутреннем касании.

Геометрические параметры эвольвентного зацепления Для обеспечения постоянства мгновенного передаточного отношения зубья шестерни и колеса должны иметь сопряженные профили. Это достигается нарезанием зубьев инструментом на основе исходного контура.

Кинематические характеристики цилиндрических передач эвольвентного зацепления Передаточное число. Передаточное число цилиндрических зубчатых передач определяется через отношение частот вращения или угловых скоростей, как для других типов передач, а также через отношение чисел зубьев колеса и шестерни:

Модификация профилей зубьев увеличивает преимущества эвольвентного зацепления, обеспечивая уменьшение минимально допустимых чисел зубьев, повышение изгибной и контактной прочности, повышение износостойкости и стойкости против заедания, повышение плавности работы. Модификация применяется в основном для прямозубых передач. Для косозубых передач она в основном используется для вписывания в стандартное межосевое расстояние и при малых числах зубьев шестерни.

Степени точности и виды сопряжений зубчатых передач Нарушение кинематических функций механизмов выражается в отклонении действительного закона относительного движения зубчатых колес реальной передачи от теоретического закона движения. Это отклонение связано с погрешностями изготовления и монтажа передачи.

Примеры обозначения точности зубчатых передач

Повреждение поверхности зубьев связано с контактными напряжениями и трением. Усталостное выкрашивание – основной вид разрушения поверхности зубьев при хорошей смазке (закрытые сравнительно быстроходные передачи, защищенные от пыли и грязи). Зубья в таких передачах разделены тонким слоем смазки. На начальной стадии износ мал. Передача работает длительное время до появления усталости в поверхностных слоях зубьев, которая, в свою очередь, ведет к возникновению небольших углублений. Углубления растут и превращаются в раковины. В результате этого нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, появляется металлический контакт с последующим быстрым изнашивание поверхностей зубьев.

Допускаемые контактные напряжения Допускаемые напряжения при расчете на контактную выносливость определяются отдельно для колеса и шестерни

Проектный расчет на контактную выносливость проводится с целью предварительного определения геометрических параметров зубчатой передачи по заданному крутящему моменту на валу колеса , Н·м, и передаточному числу . При расчете передач с цилиндрическим зубчатыми колесами обычно определяется межосевое расстояние , поскольку оно в основном определяет габариты передачи

Определение основных геометрических параметров передачи

Проверочный расчет на выносливость при изгибе Расчетные напряжения изгиба на переходной поверхности зубьев шестерни и колеса

Конические зубчатые передачи относятся к зубчатым передачам с пересекающимися осями. Наиболее распространены передачи с углом пересечения осей колес (межосевым углом) . Конические передачи сложнее цилиндрических передач в изготовлении и монтаже. Для нарезания зубьев конических зубчатых колес требуются специальные станки и инструмент.

Кинематические параметры Передаточное число конической зубчатой передачи

Особенности расчета конических передач на прочность Расчет конических зубчатых передач на прочность сводится к расчету на прочность эквивалентной цилиндрической зубчатой передачи.

Червячные передачи относятся к зубчатым передачам с перекрещивающимися осями. Угол перекрещивания осей обычно составляет 90°. Червячную передачу целесообразно использовать там, где требуется плавность и бесшумность в работе, компактность при значительном редуцировании частоты вращения и сравнительно небольшой передаваемой мощности (обычно до 60 кВт).

Геометрические расчеты червячных передач аналогичны расчетам цилиндрических зубчатых передач.

КПД червячной пары

Материалы и допускаемые напряжения В связи с высокими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазки материалы червячной пары должны обладать антифрикционными свойствами, износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию.

Расчет червяка на прочность и жесткость

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка передается за счет сил трения (за исключением зубчато-ременной передачи), возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего

Приводные ремни и область их применения

Кинематические параметры ременных передач

Силы и силовые зависимости

Силы, действующие на валы и опоры Принимают, что материал ремней следует закону Гука. Тогда после приложения полезной нагрузки сумма натяжений ветвей остается постоянной. Действие центробежной силы в упрощенных расчетах не учитывают, так как она уравновешивается в ремне и может вызвать лишь разгрузку валов.

Критерии работоспособности и расчета

Цепная передача – это механизм, предназначенный для передачи движения между параллельными валами посредством зацепления многозвенной гибкой связи (цепи) с жесткими звеньями (звездочками).

Приводные зубчатые цепи изготавливают с шарнирами качения типов ПЗ-1 и ПЗ-2 по ГОСТ 13552-81 (получили большее распространение) и с шарнирами скольжения. Цепи типа ПЗ-1 рассчитаны на одностороннее зацепление, цепи типа ПЗ-2 рассчитаны на двухстороннее зацепление.

Силовая схема цепной передачи аналогична силовой схеме ременной передачи

Проектирование новой машины или исследование уже имеющейся начинается с составления схем ее механизмов, изображающих механизмы в упрощенном виде. Различают структурную (принципиальную) схему с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар (без указания размеров звеньев) и кинематическую схему с указанием размеров, необходимых для проведения кинематических расчетов.

Оси предназначены для поддержания вращающихся вместе с ними или на них различных деталей машин. Они воспринимают поперечные (изгибные) нагрузки и не передают полезного крутящего момента. Оси могут быть вращающимися и неподвижными.

Расчетные схемы валов и осей Валы и вращающиеся оси обычно рассчитывают как балки на шарнирных опорах. Для валов, вращающихся в подшипниках качения, установленных по одному в опоре, данная схема обеспечивает получение достаточно точных результатов.

Проектный расчет валов Применение теорий прочности позволяет рассчитывать валы на совместное действие изгиба и кручения. Валы изготавливают, как правило, из среднеуглеродистых конструкционных или легированных сталей, одинаково сопротивляющихся деформациям растяжения и сжатия.

Подшипники качения Подшипники предназначены для поддержания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия, действующих на них нагрузок. Подшипники могут также поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей, например, сателлиты планетарных механизмов.

Выбор подшипников качения по статической грузоподъемности

Подшипник скольжения предназначены для поддержания валов, осей и других вращающихся или качающихся деталей и восприятия осевых и радиальных нагрузок передаваемых цапфами.

Материалы вкладышей

Расчет подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостного трения, сводится к обеспечению условий, при которых цапфа будет отделена от вкладыша слоем смазки

Приводные муфты служат для продольного соединения двух деталей машины, связанных общим вращательным движением (вала с валом, вала с зубчатым колесом, двух зубчатых колес и т.д.).

Жесткие нерасцепляемые муфты Под постоянными нерасцепляемыми (неуправляемыми) муфтами понимают муфты, осуществляющие постоянное соединение валов между собой или другими вращающимися деталями. Разъединение валов, соединенных постоянными муфтами, возможно только в результате разборки муфты при остановленной машине.

Муфты продольно-разъемные Эти муфты служат для соединения соосных валов в тихоходных передачах. Муфты выполняют из двух полумуфт, разделенных плоскостью, проходящей через ось валов. Вращающий момент передается силами трения на поверхности контакта вала с полумуфтами и шпонками. Для монтажа машины не требуется осевого перемещения валов. Недостатки – трудность балансировки, сложность конструкции и изготовления.

Шероховатость рабочих поверхностей зубьев, посадочных и центрирующих поверхностей отверстий во фланцах обойм и фланцевых полумуфтах, фланцевых разъемов  мкм, а остальных обработанных поверхностей  < 80 мкм по ГОСТ 2789-73

Цепные муфты отличает возможность использования серийно изготавливаемых цепей, небольшие габаритные размеры, простота монтажа без осевых смещений соединяемых валов, способность компенсировать радиальные и угловые смещения валов за счет взаимных перемещений деталей муфты и наличия зазоров. Из-за наличия в цепных муфтах значительных зазоров их не применяют в реверсивных приводах и приводах с большими динамическими нагрузками.

При наличии углового смещения осей соединяемых валов вращение ведомого вала одинарной шарнирной муфты происходит неравномерно при равномерном вращении ведущего вала. Периодическое отставание и опережение ведомого вала относительно среднего значения, соответствующего равномерному вращению, вызывает дополнительные динамические нагрузки.

Малогабаритные шарнирные муфты

Синхронные муфты. Эти муфты отличаются тем, что при угловом смещении валов ведомая полумуфта имеет постоянную угловую скорость при постоянной скорости ведущей полумуфты.

Явления и процессы при трении и изнашивании

Классификация приводных муфт