Тема 1. Механические передачи

Тема 1. Механические передачи

1.1. Дайте определение механической передаче и перечислите основные виды механических передач общего назначения (рис.1.1-1.7). Укажите функции, которые могут выполнять механические передачи в машинах. Что такое редуктор, мультипликатор, коробка передач, вариатор?

1.2. Запишите (с приведением соответствующих формул) основные характеристики механических передач: передаточное отношение и передаточное число (рис.1.10), КПД, вращающий и крутящий моменты. Укажите, чему равны общее передаточное отношение и общий КПД привода, состоящего из нескольких последовательно расположенных передач. Запишите зависимость (с приведением соответствующего обоснования) между вращающими моментами на ведомом и ведущем звеньях передачи. Как определяют вращающие моменты на деталях передач привода (приведите конкретный пример)?

1.3. Когда возникают контактные напряжения (рис. 1.13)? Кто впервые занимался их исследованием? По какому закону изменяются контактные напряжения на площадке контакта? Укажите особенность их распространения в тело детали. Запишите формулу Герца для определения наибольших контактных напряжений на площадке контакта двух цилиндров, нагруженных прижимающей силой. Какие виды разрушений определяются контактными напряжениями? Почему контактные напряжения обозначают с индексом «Н»?

 

Тема 2. Зубчатые передачи

 

2.1. Перечислите основные достоинства и недостатки зубчатых передач. Объясните термины «ступень», «шестерня», «колесо» и «зубчатое колесо». Приведите классификацию зубчатых передач по расположению осей валов, по форме профиля зуба, по способу образования движения, по числу ступеней и по характеру движения осей зубчатых колес в пространстве.

2.2. Укажите напряжения, возникающие в зубьях при передаче вращающего момента, а также характер их нагружения (начертите одну пару зубьев в зацеплении с изображением эпюр этих напряжений, как показано на рис. 2.14,а). Дайте краткую характеристику основным видам разрушений зубьев зубчатых передач: усталостное выкрашивание рабочих (активных) поверхностей зубьев, смятие рабочих поверхностей зубьев, поломка зубьев (усталостная и при действии кратковременной максимальной нагрузки), изнашивание и заедание зубьев. Указать с какими напряжениями связан каждый из этих видов разрушений.

2.3. Укажите основные критерии работоспособности закрытых зубчатых передач. Запишите условия, выполнение которых обеспечивает работоспособность зубчатых передач по указанным критериям.

2.4. Опишите основные виды термической и химико-термической обработки зубьев зубчатых передач: улучшение, закалка ТВЧ, цементация, нитроцементация и азотирование.

2.5. Что представляет собой циклограмма вращающих моментов, нагружающих зубчатую передачу при постоянном (рис.2.17,а) и переменном (рис.2.17,б) режимах нагружения? Как рассчитывается число циклов нагружения N соответствующего зубчатого колеса за весь срок службы (или ресурс) L_h передачи при постоянном режиме нагружения? Что такое эквивалентный постоянный режим нагружения (рис.2.18)? Понятие о типовых режимах нагружения (рис.2.19). Как определяется эквивалентное число циклов нагружения N_E зубчатого колеса при использовании типовых режимов нагружения?

2.6. Начертите кривую усталости для контактных напряжений (рис.2.20,в), укажите два характерных ее участка и расшифруйте величины Ϭ_Hlim и N_Hlim. Запишите уравнение кривой усталости для ее левого наклонного участка. Объясните, что учитывает коэффициент долговечности Z_N? Запишите формулы для определения [ Ϭ_Н ] при N_HE³N_Hlim и N_HE<N_Hlim. Объясните, что такое [ Ϭ_Н ].

2.7. Начертите кривую усталости для напряжений изгиба у ножки зуба (рис.2.20,г), укажите два характерных ее участка и расшифруйте величины Ϭ_Flim и N_Flim.. Запишите уравнение кривой усталости для ее левого наклонного участка. Объясните, что учитывает коэффициент долговечности U_N? Запишите формулы для определения [ Ϭ_F ]при N_FE³N_Flim и N_FE<N_Flim. Объясните, что такое [ Ϭ_F ]. Что учитывает коэффициент Y_A?

2.8. Какова причина возникновения дополнительных нагрузок в зубчатом зацеплении передачи в реальных условиях нагружения и каким образом эти нагрузки учитывают при проектировании зубчатых передач? Расшифруйте коэффициенты К_a, К_b, К_V и К_А и дайте им пояснения.

2.9. Поясните термин «рабочая ширина передачи» (см. рис.2.21) и запишите ее обозначение. Каким образом деформации валов влияют на неравномерность распределения (концентрацию) нагрузки по длине зуба (см. рис.2.22, б-д). Что учитывает коэффициент К_Нb и что подчеркивает здесь индекс «b»? От чего зависит степень изменения направления зуба и неравномерность распределения (концентрация) нагрузки по длине зуба? Поясните, почему деформации кручения тела шестерни под действием вращающего момента вызывают искривление ее зуба, т.е. изменение направления зуба по ширине венца. Почему коэффициент К_Нb выбирают в зависимости от отношения ? Поясните коэффициент , которым задаются при проектном расчете цилиндрических зубчатых передач.

2.10. Поясните рисунок 2.24. Что учитывают коэффициенты К_НV и К_FV? Что подчеркивает в этих коэффициентах индекс «V»? Каким образом уменьшают внутреннюю динамическую нагрузку в зацеплении?

 

Тема 5. Червячные передачи

 

5.1. Запишите достоинства, недостатки и области применения червячных передач. Укажите основные типы червяков в зависимости от формы поверхности, на которой образуются витки (рис. 5.3-5.4) и формы боковой поверхности витка в торцовом сечении (рис. 5.8).

5.2. Запишите геометрические параметры червячной передачи с цилиндрическим червяком без смещения, используя рис. 5.13.

5.3. С какой целью применяют смещение инструмента при нарезании червячных колес? Как рассчитывают коэффициент смещения инструмента при заданном межосевом расстоянии, и какие значения этого коэффициента рекомендуют для передачи с эвольвентным червяком? Запишите геометрические параметры червячной передачи с цилиндрическим червяком, выполненной со смещением инструмента, используя рис. 5.13.

5.4. Запишите формулу передаточного отношения червячной передачи. Для червячного зацепления покажите векторы окружных скоростей червяка и червячного колеса, а также скорости скольжения (рис. 5.14). Запишите формулу для определения скорости скольжения в червячном зацеплении. Какие отрицательные явления связаны со скольжением в червячной передаче? Какие материалы используют для изготовления червяка и червячного колеса? Что поясняет рис. 5.16?

5.5. Какие силы действуют в червячном зацеплении (рис. 5.15)? Для одного произвольно выбранного направления вращения червяка приведите схему этих сил и запишите формулы для их определения.

5.6. Опишите причины отказов червячных передач: износ зубьев колеса, заедание, усталостное выкрашивание активных поверхностей зубьев колеса, усталостная поломка зубьев колеса, пластические деформации активных поверхностей зубьев колеса, статическая поломка зубьев колеса, нагрев масла.

5.7. Укажите основные критерии работоспособности закрытой червячной передачи с цилиндрическим червяком. Запишите условия, выполнение которых обеспечивает работоспособность закрытой червячной передачи по указанным критериям. Что поясняет рис. 5.17?

Тема 6. Планетарные зубчатые передачи

 

6.1. Какая зубчатая передача называется планетарной? Назовите ее основные элементы. В каком случае планетарную зубчатую передачу называют дифференциальной, а в каком случае – простой планетарной? Дайте краткое описание планетарных зубчатых передач, схемы которых показаны на рис. 6.1-6.3. Каковы основные достоинства и недостатки планетарных зубчатых передач по сравнению с обычными зубчатыми передачами, имеющими зубчатые колеса с неподвижными в пространстве осями?

6.2. Какой метод применяют при выводе формулы для определения передаточного отношения планетарной зубчатой передачи (рис. 6.5)? Выведите формулу для определения передаточного отношения и опишите порядок подбора чисел зубьев (с приведением соответствующих формул) простой одноступенчатой планетарной зубчатой передачи, выполненной по схеме 2К-Н.

6.3. Опишите последовательность проектирования простой одноступенчатой планетарной зубчатой передачи, выполненной по схеме 2К-Н.

 

Тема 8. Ременные передачи

8.1. Назовите основные элементы ременной передачи. Перечислите типы ременных передач в зависимости от формы поперченного сечения ремня (рис. 8.1). Укажите достоинства и недостатки ременных передач трением. Укажите особенности работы ременной передачи трением: упругое скольжение ремня по шкивам (рис. 8.9, а), буксование. Почему передаточное отношение ременной передачи трением непостоянно?

 

Тема 9. Цепные передачи

9.1. Укажите принцип работы цепной передачи, ее основные достоинства, недостатки и области применения. Перечислите основные типы приводных цепей и кратко опишите их конструкцию (рис. 9.3-9.4, 9.6-9.7). Запишите формулу для определения диаметра делительной окружности звездочки цепной передачи приводной роликовой цепью (рис 9.5, а, б).

 

Тема 10. Валы и оси

10.1. Укажите назначение валов и осей. Как классифицируют валы: по назначению; по форме геометрической оси, наружной поверхности и поперечного сечения? Приведите примеры валов передач (рис. 10.1) и коренных валов (рис. 10.2). Укажите конструктивные исполнения осей (рис. 10.3). Дайте определение элементам конструкций валов и осей: цапфы, шипы, шейки, фаски, буртики, заплечики.

10.2. Опишите конструктивное оформление переходных участков валов между двумя ступенями (рис. 10.5-10.9). Укажите особенности сопряжения детали с буртиком вала (рис. 10.10). Опишите формы концевых участков валов (концов валов) и способы осевого фиксирования деталей на этих участках (рис. 10.12-10.19).

10.3. Почему валы рассчитывают в два этапа: первый этап – проектный расчет, второй этап – проверочный расчет? Какова цель проектного расчета вала, какой обычно диаметр вала при этом определяют и по какой формуле?

10.4. Какова цель проверочного расчета вала и в какой последовательности его выполняют? Как составляют расчетную схему вала и какие нагрузки принимают при его расчете?

10.5. Для вала III на рис. 10.27 составьте расчетную схему, постройте эпюры изгибающих и крутящего моментов и укажите опасные сечения (см. пример на рис. 10.32).

10.6 Для вала III на рис. 10.28 составьте расчетную схему, постройте эпюры изгибающих и крутящего моментов и укажите опасные сечения (см. пример на рис. 10.32).

10.7. Для вала III на рис. 10.29 составьте расчетную схему, постройте эпюры изгибающих и крутящего моментов и укажите опасные сечения (см. пример на рис. 10.32).

10.8. Для вала III на рис. 10.30 составьте расчетную схему, постройте эпюры изгибающих и крутящего моментов и укажите опасные сечения (см. пример на рис. 10.32).

10.9. Какой цикл напряжений принимают для напряжений изгиба и напряжений кручения при расчете вала на сопротивление усталости? Начертите эти циклы и запишите величины, которые их характеризуют (рис. 10.33).

10.10. Запишите для вала условие сопротивления усталости и поясните величины, входящие в это условие. Какие факторы влияют на сопротивление усталости вала?

 

Подшипники качения

11.1.1. Укажите назначение и основные элементы подшипников качения. Приведите форму тел качения подшипников (рис. 11.2) и запишите их названия. Перечислите достоинства, недостатки и области применения подшипников качения.

11.1.2. Запишите классификацию подшипников качения: по форме тел качения, по направлению воспринимаемой нагрузки, по числу рядов тел качения, по основным конструктивным признакам.

11.1.3. Перечислите основные типы радиальных подшипников качения и дайте им краткую характеристику (рис. 11.3-11.8).

11.1.4. Перечислите основные типы радиально-упорных подшипников качения и дайте им краткую характеристику (рис. 11.9-11.11).

11.1.5. Перечислите основные типы упорных и упорно-радиальных подшипников качения и дайте им краткую характеристику (рис. 11.12-11.15).

11.1.6. Опишите размерные серии подшипников качения (рис. 11.6). Объясните, что такое установочные размеры для подшипников качения (рис. 11.17-11.18).

11.1.7. Укажите характер и причины отказов подшипников качения. Запишите их критерии работоспособности.

11.1.8. Выведите формулу для определения расчетного ресурса подшипника качения, которую получают на основании испытаний подшипников на ресурс (рис. 11.19, б-11.20,б). Поясните величины, входящие в эту формулу.

11.1.9. Объясните, как проводят расчет подшипников качения на заданный ресурс. Запишите формулы для определения эквивалентной динамической нагрузки для радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников качения. Поясните величины, входящие в эти формулы.

11.1.10. Запишите, как определяются осевые силы, нагружающие радиальные подшипники, при осевом фиксировании вала по схеме «враспор» (рис. 11.21,а) и «врастяжку» (рис. 11.21,б), а также по схеме «одна опора фиксирующая, вторая – плавающая» (рис. 11.22,а,б) [рассмотреть два случая, когда внешние осевые силы в зацеплении F_a1(2) направлены влево (вектор силы показан сплошной линией) и вправо (вектор силы показан штриховой линией)].

11.1.11. Запишите формулу для определения эквивалентной динамической нагрузки для радиальных подшипников вала, установленного по схеме «плавающий вал» (рис. 11.23).

11.1.12. Укажите особенности определения осевых сил, нагружающих радиально-упорные подшипники качения. Запишите формулы для определения этих сил при осевом фиксировании вала по схеме «враспор» (рис. 11.25,а) и «врастяжку» (рис. 11.25,б) [рассмотреть два случая, когда сила F_aS направлена вправо (вектор силы F_aS показан сплошной линией) и влево (вектор силы F_aS показан штриховой линией)].

11.1.13. Запишите условие, по которому осуществляется проверка и подбор подшипников качения по статической грузоподъемности. Запишите формулу эквивалентной статической нагрузки для радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников качения. Что понимают для этих подшипников под статической грузоподъемностью и как ее для выше указанных подшипников обозначают?

 

Подшипники скольжения

11.2.1. Что такое подшипник скольжения? С какой целью подшипник скольжения смазывают и какие смазочные материалы имеют основное применение? Как классифицируют подшипники скольжения по направлению воспринимаемой нагрузки? В каких областях подшипники скольжения получили преимущественное применение? Кратко опишите конструкцию подшипника скольжения (рис. 11.26-11.27).

11.2.2. Укажите характер и причины выхода из строя подшипников скольжения. Какие требования предъявляются к подшипниковым материалам? Дайте краткую характеристику материалам вкладышей подшипников скольжения. Запишите условия, которые ограничивают износ и тепловыделение в подшипниках скольжения (условный расчет подшипников скольжения).

 

Шпоночные соединения

13.1.1. Укажите назначение, достоинства и недостатки шпоночных соединений, а также области их применения. Перечислите разновидности шпоночных соединений (рис. 13.1). Каким инструментом изготавливают шпоночные пазы в валу (рис. 13.2)? Приведите расчетную схему шпоночного соединения призматической шпонкой (рис. 13.4). Как устанавливают размеры призматических шпонок? Запишите условие прочности шпоночного соединения призматической шпонкой.

Соединения с натягом

13.3.1. Укажите назначение, сущность и области применения соединений с натягом, а также способы его сборки. Запишите условия работоспособности соединения с натягом.

13.3.2. Укажите, как определяется потребное давление р на поверхности контакта при нагружении соединения с натягом только одной осевой силой F_a или только одним вращающим моментом Т, а также при одновременном нагружении соединения вращающим моментом Т и осевой силой F_a? Как определяется потребное давление р на поверхности контакта при нагружении соединения с натягом изгибающим моментом М?

13.3.3. Как определяется потребное р давление на поверхности контакта соединения с натягом при одновременном нагружении соединения осевой силой F_a, вращающим Т и изгибающим М моментами?

13.3.4. Как конструктивно оформляют детали с целью облегчения сборки соединения с натягом (рис. 13.18)? Приведите конструктивные способы уменьшения концентрации напряжений в соединениях с натягом (рис. 13.19). В чем заключается сущность выбора стандартной посадки для соединения с натягом с учетом минимального требуемого и максимально допустимого натягов соединении? Укажите достоинства и недостатки соединений с натягом.

Тема 14. Сварные соединения

14.1. Как образуются сварные соединения? Укажите их достоинства, недостатки и области применения. Приведите классификацию сварных соединений по взаимному расположению соединяемых элементов (рис. 14.1) и по типу сварного шва.

14.2. Для сварных соединений стыковыми швами укажите образование шва (рис. 14.2), дайте характеристику зоне термического влияния (рис. 14.3) и укажите опасные сечения шва. Запишите условие прочности сварного соединения стыковым швом при нагружении его центральной растягивающей силой F (рис. 14.4) или изгибающим моментом М (рис. 14.5), а также при совместном нагружении центральной растягивающей силой F, изгибающим М и крутящим Т моментами (рис. 14.6).

14.3. Для сварных соединений угловыми швами укажите образование углового шва (рис. 14.7), его основные характеристики, разрушение углового шва и особенности его расчета. Какие угловые швы нахлесточных соединений называют фланговыми, лобовыми и комбинированными? Запишите условия их прочности при нагружении растягивающей силой F (рис. 14.8-14.10).

14.4. Как рассчитывают на прочность нахлесточное сварное соединение комбинированным угловым швом, нагруженное комбинацией сил и моментом в плоскости стыка (рис. 14.11-14.12)?

14.5. Что представляют собой сварные тавровые соединения и какие типы сварных швов применяют для их получения (рис. 14.13)? Как рассчитывают на прочность тавровое соединение, нагруженное растягивающей силой F (рис. 14.13,а), в зависимости от типа выполняемого сварного шва: стыкового (рис. 14.13, б, в) или углового (рис. 14.13, г)?

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Иванов, М.Н. Детали машин / М.Н.Иванов, В.А.Финоганов. – М.: Высш. шк., 2010. – 408 с.

2. Решетов, Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

3. Скойбеда, А.Т. Детали машин и основы конструирования / А.Т.Скойбеда, А.В.Кузьмин, Н.Н.Макейчик. – Мн.: Высш. шк., 2000. – 584 с.

4. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 496 с.

5. Иванов, М.Н. Детали машин. Курсовое проектирование / М.Н.Иванов, В.Н.Иванов. – М.: Высш. шк., 1975. – 551 с.

6. Санюкевич, Ф.М. Детали машин. Курсовое проектирование: учеб. пособие. – Брест: БрГТУ, 2004. – 488 с.

7. Санюкевич, Ф.М. Детали машин: метод. пособие. – Брест: БрГТУ, 2008. – 120 с.

8. Санюкевич, Ф.М. Планетарные зубчатые передачи: метод. пособие. – Брест: БрГТУ, 2013. – 128 с.

9. Санюкевич, Ф.М. Детали машин. Методическое пособие. – Брест: Изд-во БрГТУ, 2014. – 104с.

 

 

Тема 1. Механические передачи

1.1. Дайте определение механической передаче и перечислите основные виды механических передач общего назначения (рис.1.1-1.7). Укажите функции, которые могут выполнять механические передачи в машинах. Что такое редуктор, мультипликатор, коробка передач, вариатор?

1.2. Запишите (с приведением соответствующих формул) основные характеристики механических передач: передаточное отношение и передаточное число (рис.1.10), КПД, вращающий и крутящий моменты. Укажите, чему равны общее передаточное отношение и общий КПД привода, состоящего из нескольких последовательно расположенных передач. Запишите зависимость (с приведением соответствующего обоснования) между вращающими моментами на ведомом и ведущем звеньях передачи. Как определяют вращающие моменты на деталях передач привода (приведите конкретный пример)?

1.3. Когда возникают контактные напряжения (рис. 1.13)? Кто впервые занимался их исследованием? По какому закону изменяются контактные напряжения на площадке контакта? Укажите особенность их распространения в тело детали. Запишите формулу Герца для определения наибольших контактных напряжений на площадке контакта двух цилиндров, нагруженных прижимающей силой. Какие виды разрушений определяются контактными напряжениями? Почему контактные напряжения обозначают с индексом «Н»?

 

Тема 2. Зубчатые передачи

 

2.1. Перечислите основные достоинства и недостатки зубчатых передач. Объясните термины «ступень», «шестерня», «колесо» и «зубчатое колесо». Приведите классификацию зубчатых передач по расположению осей валов, по форме профиля зуба, по способу образования движения, по числу ступеней и по характеру движения осей зубчатых колес в пространстве.

2.2. Укажите напряжения, возникающие в зубьях при передаче вращающего момента, а также характер их нагружения (начертите одну пару зубьев в зацеплении с изображением эпюр этих напряжений, как показано на рис. 2.14,а). Дайте краткую характеристику основным видам разрушений зубьев зубчатых передач: усталостное выкрашивание рабочих (активных) поверхностей зубьев, смятие рабочих поверхностей зубьев, поломка зубьев (усталостная и при действии кратковременной максимальной нагрузки), изнашивание и заедание зубьев. Указать с какими напряжениями связан каждый из этих видов разрушений.

2.3. Укажите основные критерии работоспособности закрытых зубчатых передач. Запишите условия, выполнение которых обеспечивает работоспособность зубчатых передач по указанным критериям.

2.4. Опишите основные виды термической и химико-термической обработки зубьев зубчатых передач: улучшение, закалка ТВЧ, цементация, нитроцементация и азотирование.

2.5. Что представляет собой циклограмма вращающих моментов, нагружающих зубчатую передачу при постоянном (рис.2.17,а) и переменном (рис.2.17,б) режимах нагружения? Как рассчитывается число циклов нагружения N соответствующего зубчатого колеса за весь срок службы (или ресурс) L_h передачи при постоянном режиме нагружения? Что такое эквивалентный постоянный режим нагружения (рис.2.18)? Понятие о типовых режимах нагружения (рис.2.19). Как определяется эквивалентное число циклов нагружения N_E зубчатого колеса при использовании типовых режимов нагружения?

2.6. Начертите кривую усталости для контактных напряжений (рис.2.20,в), укажите два характерных ее участка и расшифруйте величины Ϭ_Hlim и N_Hlim. Запишите уравнение кривой усталости для ее левого наклонного участка. Объясните, что учитывает коэффициент долговечности Z_N? Запишите формулы для определения [ Ϭ_Н ] при N_HE³N_Hlim и N_HE<N_Hlim. Объясните, что такое [ Ϭ_Н ].

2.7. Начертите кривую усталости для напряжений изгиба у ножки зуба (рис.2.20,г), укажите два характерных ее участка и расшифруйте величины Ϭ_Flim и N_Flim.. Запишите уравнение кривой усталости для ее левого наклонного участка. Объясните, что учитывает коэффициент долговечности U_N? Запишите формулы для определения [ Ϭ_F ]при N_FE³N_Flim и N_FE<N_Flim. Объясните, что такое [ Ϭ_F ]. Что учитывает коэффициент Y_A?

2.8. Какова причина возникновения дополнительных нагрузок в зубчатом зацеплении передачи в реальных условиях нагружения и каким образом эти нагрузки учитывают при проектировании зубчатых передач? Расшифруйте коэффициенты К_a, К_b, К_V и К_А и дайте им пояснения.

2.9. Поясните термин «рабочая ширина передачи» (см. рис.2.21) и запишите ее обозначение. Каким образом деформации валов влияют на неравномерность распределения (концентрацию) нагрузки по длине зуба (см. рис.2.22, б-д). Что учитывает коэффициент К_Нb и что подчеркивает здесь индекс «b»? От чего зависит степень изменения направления зуба и неравномерность распределения (концентрация) нагрузки по длине зуба? Поясните, почему деформации кручения тела шестерни под действием вращающего момента вызывают искривление ее зуба, т.е. изменение направления зуба по ширине венца. Почему коэффициент К_Нb выбирают в зависимости от отношения ? Поясните коэффициент , которым задаются при проектном расчете цилиндрических зубчатых передач.

2.10. Поясните рисунок 2.24. Что учитывают коэффициенты К_НV и К_FV? Что подчеркивает в этих коэффициентах индекс «V»? Каким образом уменьшают внутреннюю динамическую нагрузку в зацеплении?