Краткие сведения о машиностроительных материалах и основах их выбора

 

0.15. В машиностроении для изготовления деталей общего назначения широко применяют сталь (табл. 0.2), чугун (табл. 0.3), сплавы цветных ме­таллов (табл. 0.4), пластмассы (табл. 0.5), резину. Свойства, методы полу­чения, обозначения этих материалов рассмотрены в курсе «Технология ме­таллов».

 

Таблица 0.2. Углеродистая и легированная конструкционная сталь
Марка стали	σB, МПа	σT МПа	нв	Применение
Сталь углеродистая обыкновенного качества
Ст2				Заклепки, болты, валики, оси, не испытывающие больших напряжений
СтЗ				Болты, гайки, тяги, крюки, шатуны, оси, валики, свариваемые детали
Ст4				Валы, оси
Ст5				Ответственные болты, оси, валы, пальцы, зубчатые колеса
Ст6				Шпонки, детали кулачковых и фрикционных муфт, пластины цепей, тормозные ленты, зубчатые колеса, валы
Сталь углеродистая качественная конструкция
				Детали, изготовляемые штамповкой в холодном со­стоянии, свариваемые, а также детали, подлежащие цементации, в частности шайбы, трубки, вилки
				Детали, изготовляемые ковкой и штамповкой в го­рячем состоянии, штамповкой в холодном состоя­нии (с вытяжкой), детали, подлежащие цементации, свариваемые детали, болты, винты, гайки, ключи, рычаги, фланцы
				То же, что из стали 15, а также кованые и штампо­ванные тяги, крюки, рычаги, серьги
				То же, что из стали 20, а также оси, валы, соедини­тельные муфты, болты, шпильки, гайки, винты и шайбы, не испытывающие высоких напряжений
				Детали, изготовляемые ковкой и штамповкой в го­рячем состоянии оси, валы, тяги
				Кованые тяги, оси, валы, зубчатые колеса, ответст­венные болты, гайки
				Оси, коленчатые валы, зубчатые колеса, фланцы
				Зубчатые колеса и рейки, муфты, валы, фрикцион­ные диски, болты, шпильки
				Оси, валы, зубчатые колеса, неответственные пру­жины

Окончание табл. 0.2

Марка стали	σB, МПа	σT, МПа	НВ	Применение
Отливки из углеродистой стали
35Л 40Л 45Л 50Л 55Л			>143 >147 >153 >174 155-217	Зубчатые колеса, работающие в тяжелых эксплуата­ционных условиях, валы, оси и т. д.
			Сталь легированная конструкционная
зохгс	981-795	835-637	229-215	Ответственные зубчатые колеса, штампованные и сварные узлы
35Х	934-686	736-441	241 — 190	Зубчатые колеса, кулачковые муфты
40Х	981-686	785-441	241-190	Валы, зубчатые колеса, оси, коленчатые валы, упор­ные кольца
40ХН	981-736	785-550	250-220	Валы, зубчатые колеса, шлицевые валики

Таблица 0.3. Отливки из серого чугуна

Марка чугуна	σB, МПа	σT, МПа	НВ	Применение
СЧ10 СЧ15 СЧ18 СЧ20 СЧ21 СЧ24 СЧ25 СЧЗО СЧ35			143-229 163-229 170-229 170-241 170-241 170-241 180-250 181-255 197-269	Грузы, подставки, стойки Литые станины и основания Корпуса и коробки, опорные детали (крон- штейны, столы, суппорты), кожухи и крыш- ки, шкивы и маховики, тихоходные зубчатые колеса, рычаги и маховички управления; дета- ли подшипников скольжения, муфт и т. д.
СЧ40			207-285

Таблица 0.4. Механические характеристики бронз и латуней некоторых марок

Материал	σB, МПа	Применение
БрО6,5Ф1 БрО4Ц4С2,5 БрА9Ж4 ЛЦ23А6ЖЗМц2	200-350 150-180 400-500 500-600	Подшипники скольжения, гайки ходовых и грузовых винтов, червячные колеса

Таблица 0.5. Физико-механические свойства пластмасс

Материал	q, кг/м^3	σp, МПа	σи, МПа	Применение
Волокнит Текстолит Пт Текстолит ПТК Древесно-слоистые пластинки Капрон	13,5-14,5 13-14 13-14 13-14 11,3	30-40 110-260 60-84	50-80 100-280	Вкладыши, детали фрик- ционных передач, сепара- торы подшипников сколь- жения, зубчатые колеса

Втабл. 0.2—0.5 приведены маркировка, механические характеристики материалов, а для некоторых материалов дано их примерное применение. Правильный выбор материала может быть сделан на основе расчетов, а также сопоставления механических характеристик материалов нескольких вариантов деталей-аналогов. В дальнейшем при изучении конкретных де­талей будет отмечаться, из каких материалов возможно их изготовление, а также будут даны рекомендации по выбору.

Используя изложенные во введении некоторые требования и рекомендации при проектировании деталей машин, перечислите основные требования, ко­торым должен удовлетворять материал детали.

 

0.16. Вам необходимо ответить на вопросы контрольной карточки 0.1. Код правильных ответов дан в конце книги.

 

Контрольная карточка 0.1

Вопрос	Ответ	Код
Укажите детали машин общего назначения	Ротор Поршень Патрон токарного станка Клапан Детали общего назначения не пере­числены
Из перечисленных деталей назовите детали, ко­торые относятся к группе детали-соединения	Муфты Шпонки Заклепки Подшипники Валы
Перечислите основные критерии работоспособ­ности деталей общего назначения	Прочность Жесткость Долговечность Теплостойкость Виброустойчивость
Как называется расчет, определяющий факти­ческие характеристики (параметры) детали	Проектировочный расчет Проверочный расчет
Определите табличным способом допускаемый коэффициент запаса прочности (материал дета­ли — высокопрочная сталь)	1,5-2,2 2,0-3,5 1,5-1,7

 

 

Ответы на вопросы

0.1. Курс «Детали машин» базируется на предметах: математика, физи­ка, химия, технология конструкционных металлов, теоретическая механи­ка, сопротивление материалов, взаимозаменяемость, стандартизация и тех­нические измерения, черчение.

0.2. Деталью называют изделие из однородного материала, изготовлен­ную без применения сборочных операций (иногда деталью называют от­дельную, не подлежащую разборке элементарную часть машины, изготов­ленную из нескольких элементов, соединенных^сваркой, клепкой и т. п.).

0.3. По характеру рабочего процесса и назначению компрессор можно отнести ко II классу, электродвигатель к I, пресс к III классу.

0.5. Прочность деталей, жесткость, долговечность, теплостойкость, виброустойчивость, коррозионная стойкость, снижение массы деталей, ис­пользование недефицитных материалов, удобство изготовления и техноло­гичность конструкции, удобство в эксплуатации, транспортабельность де­тали, эстетичность и экономичность.

0.6. Под прочностью понимают способность материала детали в опре­деленных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (сопротивляться разрушению или возникновению пластиче­ских деформаций под действием приложенных к ней нагрузок).

0.7. Условие жесткости детали: возникающие (рабочие) упругие переме­щения (прогибы, углы поворота поперечных сечений и т. д.) в деталях под действием рабочих нагрузок должны быть меньше или равны допускаемым.

0.8. Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния по­верхности деталей вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. Хорошее смазывание, увеличение твердости, применение покрытий, правильный выбор материалов сопряженной пары и другие меры уменьшают изнашивание.

0.9. Понизится несущая способность детали, возможно появление оста­точных деформаций и т. п.; нарушится жидкостный режим смазывания и усилится изнашивание деталей; уменьшатся зазоры в сопряженных тру­щихся деталях, в связи с чем возможно заклинивание деталей, а следова­тельно, выход их из строя, снижение точности.

0.10. В металлорежущих станках вибрации снижают точность обработ­ки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей.

0.12. По формуле (0.4) определяют рабочее напряжение растяжения, возникающее в круглом стержне, и, сравнивая его с допускаемым напря-. жением для данного материала, делают заключение о прочности. Для из­вестных размеров детали (по рассчитанному ст_р) подобрать по таблице ма­териал. Формула (0.4) — для проверочного расчета.

0.13. Предельное напряжение (предел выносливости) зависит от мате­риала детали, типа напряженного состояния и характера изменения напря­жений во времени. Предел выносливости также зависит от конструктивной формы детали, ее размеров, агрессивности среды и т. д. (состояние поверх­ности, упрочняющей обработки).

При возникновении в детали напряжений, переменных во времени.

0.14. Для стальных отливок (второй случай нагружения): [s] = 1,7 ÷ 2,2 (см. табл. 0.1).

0.15. При выборе материала для проектируемой детали обычно исходят из следующих основных требований:

• эксплуатационных — материал должен удовлетворять условиям рабо­ты детали;

• технологических — материал должен удовлетворять возможности из­готовления детали при выбранном технологическом процессе;

• экономических — материал должен быть выгодным с точки зрения стоимости детали.

 

ЧАСТЬ I

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

 

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ