Задачи курса “Детали машин”.

До 80-х годов XIX столетия наука о машинах не имела четкого разделения и включала все вопросы конструирования, изготовления, эксплуатации. С течением времени и накоплением знаний в области машиностроения курс науки о машинах стал очень обширным, и произошло его разделение на ряд общетехнических и специальных дисциплин.

Первый учебный курс под названием “Детали машин” в России был написан в 1881 году профессором Кирпичевым В. Л. (1845-1913), курсовой проект ввел профессор ЛПИ Стожаров И.А. в 1930 г.

Современное машиностроение имеет очень большое значение для человеческого общества. Машины освобождают людей от тяжелой физической работы, позволяют повысить производительность труда, способствуют улучшению качества продукции и снижению ее стоимости.

Основными тенденциями развития современного машиностроения являются увеличение номенклатуры и числа различных машин; повышение мощности и производительности, технологичности и экономичности, обеспечение потребителю нормальных условий эксплуатации.

“Детали машин” – научная дисциплина, в которой изучаются основы проектирования машин и механизмов.

Таким образом, задачей курса является изучение явлений, происходящих в соединениях деталей машин и передач, оценка методами сопротивления материалов НДС деталей с целью определения их размеров и придания им наиболее рациональной формы.

1.2. Основные определения курса. Классификация механизмов, узлов и деталей.

Машина – это устройство, выполняющее движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения умственного и физического труда человека (автомобиль, трактор, металлорежущий станок, ЭВМ и т. д.).

Привод – устройство, приводящее в движение машину или механизм; состоит из источника энергии (электродвигатель), передаточного механизма (редуктор, коробка передач) и аппаратуры управления (гидравлической, пневматической, механической и др.).

Изделие – любой предмет или набор предметов производства, изготовленный предприятием.

Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию материала без применения сборочных операций (вал, гайка, болт и т. д.).

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, пайкой, опрессовкой и т.д.).

Узел – это сборочная единица, состоящая из деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник, муфта и др.). Узел является составной частью изделия (редуктора, привода и др.).

В машиностроении различают детали и узлы общего назначения (болты, гайки, валы, подшипники, шестерни и т.д.) и специального назначения (штоки, поршни, цилиндры и т.д.).

Курс “Детали машин” включает в себя три раздела:

1). Соединения и детали соединений:

а). Разъемные (можно разбирать и собирать вновь неограниченное число раз без повреждения деталей):

- резьбовые;

- шпоночные;

- шлицевые;

- клеммовые.

б). Неразъемные (невозможно разобрать без разрушения деталей):

- сварные;

- клеевые;

- паяные;

- заклепочные;

Отдельно рассматривают соединения с натягом поскольку они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

2). Механические передачи:

а). Передачи зацеплением:

- зубчатые;

- червячные;

- цепные;

б). Передачи трением:

- фрикционные;

- ременные;

3). Детали, обслуживающие вращательное движение:

- валы и оси;

- подшипники качения и скольжения;

- муфты приводов.

Качество. Критерии качества.

Качество – это совокупность свойств изделия, определяющих степень его пригодности для использования по назначению.

Система условий, позволяющих оценить степень пригодности, называется критериями качества. С помощью критериев качества решается основная цель проектирования – определение формы, размеров и материала детали.

Все критерии качества делятся на 3 группы:

1). критерии работоспособности;

2). критерии надежности;

3). критерии экономичности.

Критерии экономичности.

Экономичность – минимальная стоимость затрат на проектирование, изготовление и эксплуатацию изделий.

Критериями экономичности являются:

Достижение экономического эффекта за счет совершения большего числа операций в единицу времени (например, с помощью внедрения в процесс производства современного высокопроизводительного оборудования) называют производительностью.

Достижение экономического эффекта за счет повышения КПД (например, путем уменьшения потерь не трение, на перемешивание масла и т.д.) называют энергоемкостью.

Достижение экономического эффекта за счет минимизации массы и габаритов изделия (например, с помощью более рационального выбора материалов, применения стандартных элементов и др.) называют материалоемкостью.

Технологичность – это приспособленность изделия к его изготовлению с помощью передовых технологий.

Унификация и стандартизация – применения наиболее рациональных форм и размеров деталей и узлов (например, замена деталей специального назначения в узле на детали общего назначения).

Достижение экономического эффекта за счет обеспечения положительного психологического климата при работе человека с изделием называют эстетичностью.

Достижение экономического эффекта за счет соответствия машины физиологическим и антропометрическим особенностям человека (например, более удобное расположение рычагов (тумблеров, кнопок) управления, рассчитанное на среднего человека и т.д.), называют эргономичностью.

Достижение экономического эффекта за счет положительного взаимодействия с окружающей средой (например, установка дополнительных очистных агрегатов, безотходное производство и т.д.) называют экологичностью.

Критерии надежности.

Надежность – это свойство изделия выполнять в течение заданного времени свои функции, сохраняя установленные эксплуатационные показатели в заданных пределах.

Основными критериями надежности являются: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Безотказность характеризуется – вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов .

Под вероятностью безотказной работы понимают вероятность того, что в заданном интервале времени не произойдет отказ изделия.

Вероятность безотказной работы определяют по формуле:

,

где N – первоначальное число изделий; n – число отказавших изделий за время t.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:

.

Интенсивность отказов - отношение числа n отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий , исправно работающих в данный момент:

.

Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов:

.

Пример: По результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий из шт. после наработки 5000 ч. наблюдали отказы шт. изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий:

.

Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соблюдении норм эксплуатации. Под предельным, понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Долговечность характеризуется - техничеким и гамма-процентным ресурсами.

Технический ресурс – суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, километрах пробега и др.).

Гамма-процентный ресурс – суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах (часто γ=90%).

Наработка – продолжительность или объем работы изделия (в часах, километрах пробега, числах циклов нагружения).

Назначенный ресурс – суммарная наработка, при которой прекращается эксплуатация изделия независимого от его состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние (включает наработку изделия и время простоев).

Ремонтопригодность – это приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Важно при проектировании изделия предусмотреть возможность его ремонта (например, замены вышедших из строя элементов, доступность комплектующих и т.д.).

Сохраняемость – свойства изделий сохранять эксплуатационные показатели на время и после сроков хранения.

Пути повышения надежности:

- обоснованный выбор материала конструкции (т.е. определение физико-механических свойств; вида, размеров и способа получения заготовок);

- уменьшение числа деталей в узлах (за счет использования рациональных конструкторских решений);

- обоснованное назначение размеров (т.к. с увеличением размеров детали растет в объеме детали и количество дефектов (вакансий, дислокаций, раковин));

- тщательный контроль при изготовлении и эксплуатации;

- применение предохранительных устройств и резервирования (дублирование важнейших элементов конструкции (например, наличие двух и более двигателей в самолете)).

- правильный выбор режима работы;

- защита от воздействия внешней среды.

 

Лекция 2.

Требования к деталям, критерии работоспособности.

В материал лекции входит: понятие работоспособности и ее критериев (прочности, жесткости, износостойкости, теплостойкости, виброустойчивости); понятие взаимозаменяемости.