Зміст понять проектування й конструювання

Основні машинобудівні матеріали та їхнє застосування.

Основними машинобудівними матеріалами є вуглецеві сталі, чавуни і пластаси.

З вуглецевих сталей виготовляють різного виду шестерні, зубчаті колеса, вали і т.д.

З чавунів виготовляють великогабаритні тихохідні зубчаті колеса, корпуси редуктора, різного роду кришки і т.п.

З пластмас виготовляють малонавантажені зубчаті колеса, а також корпуси приладів.

14. Методи зміцнення конструкційних сталей.

Об'ємне гартування – найпростіший спосіб добуван­ня високої твердості. Для об'ємного гартування використовують вуглецеві та леговані сталі з середнім вмістом вуглецю 0,35–0,60 %. При цьому можна дістати твердість Н = 45...55 HRC. Недоліки об'єм­ного гартування: зменшення міцності при ударних навантаженнях; обмеження розмірів заготовок, які можуть сприймати об'ємне гар­тування.

Цементація є тривалим та дорогим процесом. Однак вона забезпечує дуже високу твердість Н = 58...63 HRC. Для цементації використовують маловуглецеві леговані сталі 20Х, 12ХНЗА та ін. Леговані сталі забезпечують підвищену міцність серцевини. Глибина цементації 0,8–1,2 мм.

Поверхневе гартування здійснюють нагріванням СВЧ або газовим полум'ям; воно забезпечує твердість Н = 48...54 HRC. Для поверхневого гартування використовують сталі 45, 40ХН та ін.

Азотування також забезпечує високу твердість поверхне­вого шару (Н = 60...65 HRC). Мала товщина твердого шару близько 0,1–0,6 мм робить деталь чутливою до перевантажень та непридатними для роботи в умовах абразивного спрацювання

15. Основні механічні характеристики матеріалів.

До основних механічних характеристик матеріалів належать такі:

границя міцності σ_в, МПа – напруження в зразку матеріалу при найбільшому розтягальному навантаженні, якому передує руйнуван­ня зразка;

границя текучості σ_т, МПа – найбільше напруження, при якому зразок деформується без значного збільшення розтягального наванта­ження;

границя витривалості σ_R, МПа – найбільше напруження, при якому зразок витримує без руйнування задану кількість циклів зміни напруження, що вибирають за базу випробувань;

відносне видовження δ, % – відношення приросту розрахункової довжини зразка після розриву до його початкової розрахункової довжини;

модуль пружності для розтягу Е, МПа, або зсуву G, МПа – відношення напруження до відповідної йому відносної деформації зразка в границях справедливості закону Гука;

коефіцієнт Пуассона μ – відношення відносної поперечної деформації зразка до відносної його поздовжньої деформації (за абсолютним значенням);

твердість (НВ – за Брінеллем; HRA, HRB, HRC – за Роквеллом; HV – за Віккерсом) – умовна величина, виміряна відповід­ними приладами (твердомірами), яка характеризує опір заглиблю­вання в поверхню матеріалу стандартного індентора (сталевої куль­ки, вершин алмазних конуса чи піраміди).

Структурні схеми приводів машин.

Структурні схеми приводів машин бувають різноманітними. Наявність того або іншого елемента у структурі привода залежить від ступеня узгодженості параметрів двигуна з параметрами руху приводного вала робочого органу (напрямку обертання, величини обертального момента та кутової швидкості).

Практично до складу всіх приводів входять: двигун, механічні передачі та муфти для з’єднання валів. Механічні передачі можуть бути використані у відкритому вигляді (пасові та ланцюгові передачі, рідше зубчасті) або виготовлені у вигляді окремих агрегатів (зубчастих та черв’ячних редукторів, коробок передач, варіаторів, мультиплікаторів), що є найбільш доцільними.

Кутова корекція

Коефіцієнти зміщення шестерні x1 і колеса x2 неоднакові і задовольняють умову x_∑=x1+x2>0 Рекомендації щодо вибору коефіцієнтів зміщення даються в ГОСТі. При висотній корекції сума товщин зубців шестерні і колеса на ділильних колах більша від кроку зубців і тому ділильні кола не можуть дотикатися. Колеса повинні бути зміщеними одне відносно одного. Ділильні кола не збігаються з початковими, висота зубців зменшується, а кут профілю зубців буде збільшеним. Висота головки і ніжки зубців визначаються за формулами:

h_α=(h_α^*+x- Δy)m; h_f=(h_α^*+c^*-x)m, де Δ y - коефіцієнт вирівнювального зміщення,

Δy=x_∑-y; y=(a_ω-a)/m

Тут a, a ω − ділильна та початкова міжосьові відстані. Переваги кутової корекції: підвищення міцності зубців двох зубчастих коліс (підвищення контактної міцності, міцності на згин, забезпечення високої стійкості проти спрацювання та опору проти заїдання зубців) і можливість вписування зубчастої передачі у наперед задану міжосьову відстань. Кутову корекцію можна використовувати при довільній комбінації числа зубців шестерні і колеса. Граничні значення коефіцієнтів χ обмежуються такими факторами: недопустиме підрізання зубців при їхньому нарізуванні, загострення зубців, тобто зменшення їхньої товщини на колі виступів нижче допустимої межі, зменшення коефіцієнта перекриття до граничного значення.

Загальні відомості

>Планетарним називається механізм, що з зубчастих коліс, у якому геометрична вісь хоча самого з коліс рухається.

Проста планетарна передача (рис. 1, а) включає:za - центральні колеса з зовнішніми і внутрішніми зубами,zg - сателіти з зовнішніми зубами, якізацепляются разом зza іzb, деz - числа зубів коліс,nw – число сателітів, тутnw =3, h - водив, у якому розташовані осі сателітів (тут водив з'єднане зтихоходним валом).

Принцип роботи планетарних передач: при закріпленій колесіzb (>b = 0) обертання колеса az (>а) викликає обертання сателітаzg щодо власної осі зі швидкістюg.Качение сателіта поzb переміщає його вісь і обертає водив зі швидкістюh.Сателлит робить обертання щодо водила зі швидкістю =gh разом ізводилом (переносного рух). Його руху нагадують руху планет, тому передача називається планетарної.

Основними ланками планетарної передачі називають такі, котрі сприймають зовнішні моменти. Будь-яке головна ділянка планетарної передачі може бути припинений.

>Дифференциальной називають передачу, коли всі основні ланки рухливі. У цьому можна підсумовувати рух двох ланок однією чи розкладати рух приховує жодної ланки інших.

Переваги планетарних передач над звичайними

• Менші габарити й безліч, оскільки поводить момент передається з кількох потокам (сателітам).

• У деяких схемах можна було одержати великі передавальні ставлення за малому числі коліс.

Слід пам'ятати, що зі збільшенням передатного вересня однієї передачі ККД зменшується.

Недоліки планетарних передач

• Підвищена точність виготовлення.

• Багато підшипників кочения,

• Наявність долбяка для нарізування коліс з внутрішніми зубами (>долбяк змінює параметри припереточках).

Область застосування

передачі застосовують у тому випадку, коли параметр ваги визначальний. Особливо їх можна натрапити у конструкціях авіаційної, і інший транспортної техніки, робототехніки і верстатобудування. Включення планетарних передач на сучасні конструкції покращує їх технічні характеристики й естетичні властивості.

У середовищі сучасних пристроях можна використовувати каскади з кількох планетарних передач щоб одержати великого діапазону передатних чисел. У цьому принципі працюють багато автоматичні коробки передач.

У роки Другої Першої світової, наприклад, розробили особлива конструкція планетарної передачі, яку для приводу невеликих радарів. Кільцева шестірня виготовлялася із двох галузей, кожна завтовшки половину товщини інших компонентів. Один із цих половинок фіксувалася нерухомо й мала на 1 зуб менше, ніж друга. У такій конструкції за повної обороті планетарнихшестерен і знання кількох оборотах сонячної шестерні, рухливий кільце поверталося всього на 1 зуб. Отже, виходило дуже висока передатне ставлення при невеликих габаритах.

Отже, можна зрозуміти, що планетарні редуктори застосовують у найрізноманітніших галузях машинобудування. Це тим, що маса кафе і габаритні розміри планетарних редукторів значно менше є і габаритних розмірів редукторів з нерухомими осями.

38. Кінематика планетарної передачі

Кінематичний аналіз планетарних передач можна робити декількома методами, з яких найпоширенішими є:

1) графічний (геометричний);

2) аналітичний;

3) силовий

Переваги

· Велике передатне відношення, при малій кількості деталей.

· Поліпшені масо-габаритні характеристики у порівнянні зі звичайними зубчастими передачами.

· Висока кінематична точність і плавність ходу.

· Висока навантажувальна здатність.

· Можливість передачі крутного моменту через герметичні стінки.

Недоліки

· Висока напруженість основних елементів гнучкого колеса і генератора хвиль, що знижує їх надійність і довговічність.

· Підвищені втрати потужності на тертя у передачі і на деформацію гнучкого зубчастого колеса

· Знижена крутильна жорсткість.

Характеристики

Хвильові передачі використовуються при великих передаточних відношеннях, де вимагається підвищена кінематична точність та зниження шуму. Оптимальне передаточне відношення, що залежить від матеріалу гнучкого елемента, становить 75...320. Коефіцієнт корисної дії (при передаточному відношенні 100) становить 0,9.

Використання

Хвильові передачі застосовують в авіаційній і космічній техніці, в промислових роботах і маніпуляторах, в приводах вантажопідйомних машин, верстатів, конвеєрів тощо. Є також герметичні хвильові передачі, які передають обертання в герметизовані порожнини з хімічно агресивним чи радіоактивним середовищем, у порожнини з глибоким вакуумом, а також конструкції, що служать приводами герметичних вентилів.

Переваги

· плавність та безшумність роботи при високих швидкостях;

· достатньо висока надійність та простота догляду в експлуатації;

· компактність, тобто малі габаритні розміри при великому передаточному числі;

· можливість виконання передачі самогальмівною (неможлива передача обертового руху від черв'ячного колеса до черв'яка.

Недоліки

· порівняно невисокий ККД, що не перевищує у деяких випадках 0,70-0,85;

· потреба використання для черв'ячного колеса дорогих антифрикційних матеріалів;

· мала тримкість.

Класифікація

· За формою початкової поверхні черв'яка:

· циліндричні;

· глобоїдні;

· За формою профілю витків черв'яка у торцевій площині:

· конволютні (черв'як ZN);

· евольвентні (черв'як ZI);

· архімедові (черв'як ZA);

· За розміщенням черв'яка щодо колеса:

· з нижнім розміщенням;

· з верхнім розміщенням;

· з бічним розміщенням;

· За конструктивним оформленням:

· відкриті;

· закриті;

· За кількістю заходів різьби:

· однозахідні;

· багатозахідні (найчастіше дво- або чотиризахідні).

57. Основні геометричні параметри черв'ячної циліндричної передачі.

Черв’яки. Найбільш поширеними є архимедові циліндричні черв’яки (ZA - рис. 12.3). Для них основними геометричними параметрами є профільний кут α, осьовий модуль , де P - осьовий крок витків.

Стандартні значен­ня модуля m: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 мм; допускається використовувати модуля m: 1,5; 3; 3,5; 6; 7; 12; 14 мм.

Ділильний діаметр черв’яка d₁ зв’язаний із модулем m коефіцієнтом діаметра черв’яка q: . Значення коефіцієнта q стандартизовано.

Часто зустрічаються q = 8, 10, 12,5; 16; 20. Рекомендується витримувати нерівність (z₂ - число зуб’їв колеса).

Сполучення параметрів m і q згідно ГОСТ 2144-76 приведено в табл. 12.1.
Кут підйому гвинтової лінії черв’яка γ знаходиться зa виразом:

(12.1)

Діаметри (рис. 12.4): ділильний

вершин зуб’їв

западин зуб’їв

(12.2)

Довжину нарізаної частини черв’яка b₁ визначають із умови використання одночасного зачеплення найбільшого числа зуб’їв колеса; за ГОСТ-19650-74 при х = 0:

при Z₁ = 1 або 2; (12.3)

при Z₁ = 4. (12.4)

Для шліфованих черв’яків одержане значення b₁ збільшують на 25 мм при m < 10 мм і на 35...40 мм при m = 10...16 мм.

Черв’ячні колеса. При х = 0 діаметри коліс такі (див. рис. 12.4):

Ділильний

вершин зуб’їв

западин зуб’їв

(12.5)

Міжосьова відстань

а_w = (d₁ + d₂) / 2 = m(q + z₂)/2. (12.6)

Значення а_w для стандартних редукторів за ГОСТ 2144-76: 1-й ряд: а_w: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500. для нестандартних редукторів можна округлювати до чисел із ряду R_q 40.

Значення модуля m попередньо можна визначити за формулою:

m» (1,4...1,7) а_w/z₂. (12.7)

Остаточно значенням модуля m приймають рівним найближчій стандартній величині

За умови непід­різування зуб’їв (12.8)

Розміри b₂ і d_am2, які відповідають куту обхвату черв’яка колесом 2 δ = 100º (силові передачі)

58. Кінематичні параметри черв'ячної передачі.

Передаточне відношення
(12.13)

У силових передачах i = 10...60 (80), у кінематичних передачах можна приймати і ³ 300.

Згідно ГОСТ 2144-76 i = 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 28; 31,5; 40; 50; 63; 80 (1-й ряд).

При обертанні черв’яка його витки ковзають по зуб’ях колеса, як у гвинтової пари ковзають витки різьби. Швидкість ковзання (рис. 12.5)

де - колові швидкості черв’яка і черв’ячного колеса; γ - кут підйому гвинтової лінії черв’яка.

І далі:

При проектних розрахунках орієнтовано швидкість ковзань u_s (м/с) можна прийняти рівною:

де n₁ - частота обертання черв’яка, хв.^-1; Т₂ - обертовий момент на колесі, Н×м.

Велике ковзання в черв’ячних передачах є причиною пониженого к.к.д., підвищеного спрацювання зуб’їв, схильності до заїдання.

59. ККД черв'ячної передачі. Сили в зачепленні.

К.к.д. черв’ячної передачі визначають так, як і к.к.д. зубчастої передачі. Різниця між ними - у визначенні втрат у зачепленні, які розраховуються за аналогією до гвинтової пари:

(12.15)

Якщо ведучим є колесо (а не черв’як), то із-за зміни напрямку сил к.к.д. передачі визначають за формулою:

При γ ≤ φ і η_з = 0 черв’ячна передача стає самогальмуючою. Ця властивість використовується у вантажопідйомних та інших механізмах.

Починаючі проектний розрахунок передачі, можна приблизно прийняти:

де і – передаточне відношення передачі.

6l. Матеріали та допустимі напруги черв'ячних передач.

Черв'яки здебільшого виготовляють із якісних вуглецевих сталей (40,50,40Г2), а у передачах відповідального призначення-із легованих сталей (40Х,40ХН,35ХГСА та ін.). Термообробка до твердості поверхонь Н>(45…55)HRC і подальше шліфування та полірування робочих поверхонь витків черв'яка дозволяють суттєво підвищити тримкість та довговічність передачі, оскільки зменшують можливість заїдання робочих поверхонь у контакті. У допоміжних, невідповідальних та тихохідних передачах можуть використовуватись черв'яки з твердістю витків H=(300…320)HB.

Вінці черв'ячних коліс виготовляють переважно з бронзи, а інколи з латуні та чавуну. Олов'яні бронзи БрО10Н1Ф1, БрО10Ф1 та інші є кращими матеріалами для вінців черв'ячних коліс при високих швидкостях ковзання (V>5 м/с), однак вони дорогі та дефіцитні. Тому такі бронзи бронзи використовують лише для відповідальних передач. Менш дефіцитні і дешеві безолов'яні бронзи БрА10Ж4Н4, БрА9Ж3Л та ін. Вони застосовуються при середніх швидкостях ковзання V=(2…5) м/с.

Для допоміжних, малонавантажених та тихохідних(V<2 м/с) ЧП можливе виготовленняи черв'ячного колеса із чавуну (СЧ15, СЧ18) або пластмас (текстоліту, поліамідів).

Допустима контактна напруга для олов’яних бронз знаходиться так:
[ σ_H ] = (0,85...0,9) σ_в (12.24) - при шліфованому і полірованому черв’яку з твердістю Н₁ ≥ 45 HRC (σ_в – границя міцності матеріалу);

в інших випадках

[ σ_H ] = 0,75C _vσ_в (12.25) де С_v - коефіцієнт, який ураховує швидкість ковзання

Для бронзи БрАЖ9-4: при шліфованому і полірованому черв’яку з H₁ ≥ 45HRC.

[ σ_H ] = 300 – 25 v_s, МПа. (12.26)

При проектному розрахунку швидкість ковзання v_s приблизно визначають за формулою (12.14).

Допустима напруга згинання для усіх марок бронз

(12.27)

де σ_т - границя текучості матеріалу.

Для перевірки черв’ячних передач на міцність при короткочасному перевантаженні приймають:

- олов’яні бронзи;

- БрАЖ9-4;

- для бронзи усіх марок.

Зміст понять проектування й конструювання

Проектування (від латинського projectus – кинутий вперед) – це процес створення проекту, прообразу або прототипу передбачуваного об’єкта або стану; вирішення завдань синтезу, аналізу, оптимізації та розробки технічної документації. У процесі проектування дістаємо дані про структуру й функціонування розроблюваних систем, підсистем та їхніх елементів, що задовольняють критерії проектування.

Конструювання – створення конструкції об'єкта згідно з проектом. Це творчий процес з властивими йому закономірностями побудови і розвитку. Конструкція – це будова об'єкта, яка передбачає взаємне розміщення його елементів, спосіб з’єднання, взаємодію частин, вибір матеріалів і визначається призначенням його. Особливості процесу конструювання полягають в багатоваріантності рішень, необхідності погодження таких рішень із загальними та специфічними вимогами до конструкцій, а також вимогами стандартів, які регламентують терміни, визначення, умовні позначення, систему вимірювань, методи розрахунків і т. ін. Базою конструювання є результати проектування. Конструювання уточнює всі інженерні рішення, прийняті на стадії проектування.

Інженерне проектування і конструювання – складний творчий процес створення об'єктів /предметів, машин, приладів/ певного призначення через розумову діяльність інженерно-технічних кадрів. Результатом цього є створення конкретного уявлюваного образу в динаміці перетворень складових частин, як за розміщенням, так і за формою, аж до кінцевого підсумку технічної обґрунтованості остаточних параметрів форми та будови.

3. Основні етапи створення технічних об'єктів

Процес створення нової машини, приладу або споруди можна розділити на ряд етапів. Це дозволяє контролювати і затверджувати проекти на різних стадіях їхньої розробки.

Практикою вироблена така послідовність проектування і конструювання:

- Технічна пропозиція – початкова стадія проектування, яка є відповіддю проектувальника на поставлену задачу, вимоги й обмеження, що наведені в технічному завданні. Запропоновані один або кілька варіантів об'єкта ретельно обгрунтовуються з використанням для цього теоретичних розрахунків і аналізу, а також практичного досвіду.

- Ескізний проект. На цьому етапі проводитися конструкторське опрацювання оптимального варіанта до рівня принципових конструкторських рішень, які дають загальне уявлення про будову і принцип роботи об'єкта. У ескізному проекті закладаються основи використання типових стандартизованих і уніфікованих складових частин технічного об'єкта.

- Технічний проект виконується після ескізного проектування і містить сукупність конструкторських документів, які відображають повне технічне розв'язування проблеми. У технічному проекті повинні бути розв'язані всі питання забезпечення високого технічного рівня створюваного об'єкта в процесі його виготовлення, складання, випробування та експлуатації.

Робоча конструкторська документація потрібна для забезпечення можливості виготовлення дослідного зразка або початкової серії спроектованого виробу.

4. Види виробів та їхні характеристики.

Під виробом розуміють усі об'єкти матеріального виробництва і їхні складові частини: різні машини, апарати, прилади, ручні знаряддя праці та ін. Стандарт установлює такі види виробів: деталі, складальні одиниці, комплекси, комплекти.

-Деталь – виріб, виготовлений із матеріалу однієї марки без використання складальних операцій або з використанням місцевих з'єднувальних операцій (зварювання, паяння, склеювання), чи виконанням декоративного або захисного покриття. Приклади деталей такі: вал, виготовлений з одного матеріалу; трубка, виготовлена зварюванням аркушевого матеріалу; гайка, покрита хромом.

-Складальна одиниця – виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню між собою на підприємстві за допомогою складальних операцій (згвинчування, зварювання, паяння, пресування тощо). До складальних одиниць також відносять: вироби, для яких конструкцією передбачене розбирання на складові частини, наприклад для зручності монтажу, контролю, обслуговування; сукупність складальних одиниць або деталей, які мають загальне функціональне призначення, наприклад двигун чи колесо в автомобілі.

-Комплекс – виріб, який складається з кількох окремих виробів, не зв'язаних на підприємстві, яке його виготовляє, складальними операціями, але призначених для виконання взаємопов'язаних експлутаційних функцій. Приклади комплексів такі: цех–автомат для виготовлення певних виробів; роботизована дільниця для термообробки деталнй.

-Комплект – кілька виробів загального функціонального призначення допоміжного характеру, не з'єднаних на підприємстві складальними операціями. Приклади такі: комплект запасних частин; комплект інструментів; комплект вимірювальної апаратури.