Детали машин
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Общее машиностроение. Машиноведение
Издательство:
КУРС
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 512
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-905554-84-1
ISBN-онлайн: 978-5-16-103302-9
Артикул: 332800.12.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Изложены основы теории, расчета и принципы конструирования деталей и узлов машин общего назначения. Приведены примеры расчетов с подробными решениями и методическими указаниями.
Учебник предназначен для обучающихся по специальностям технического профиля среднего профессионального образования (колледжей, техникумов), а также может быть полезен студентам вузов и инженерно-техническим работникам.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 15.01.26: Токарь-универсал
- 15.01.27: Фрезеровщик-универсал
- 15.01.35: Мастер слесарных работ
- 15.01.36: Дефектоскопист
- 15.01.38: Оператор-наладчик металлообрабатывающих станков
- Среднее профессиональное образование
- 08.02.13: Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции
- 15.02.01: Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.03: Монтаж, техническое обслуживание и ремонт гидравлического и пневматического оборудования (по отраслям)
- 15.02.04: Специальные машины и устройства
- 15.02.06: Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт холодильно-компрессорных и теплонасосных машин и установок (по отраслям)
- 15.02.07: Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
- 15.02.09: Аддитивные технологии
- 15.02.10: Мехатроника и робототехника (по отраслям)
- 15.02.16: Технология машиностроения
- 15.02.17: Монтаж, техническое обслуживание, эксплуатация и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.18: Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ДЕТАЛИ МАШИН УЧЕБНИК МОСКВА КУРС ИНФРА-М Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков
УДК 621.81(075.8) ББК 34.44я73 К89 Куклин Н.Г., Куклина Г.С., Житков В.К. Детали машин: Учебник. 9-е изд., перераб. и доп. / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. . — 512 с.: ил. ISBN 978-5-905554-84-1 (КУРС) ISBN 978-5-16-010637-3 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-103302-9 (ИНФРА-М, online) Изложены основы теории, расчета и принципы конструирования деталей и узлов машин общего назначения. Приведены примеры расчетов с подробными решениями и методическими указаниями. Учебник предназначен для обучающихся по специальностям технического профиля среднего профессионального образования (колледжей, техникумов), а также может быть полезен студентам вузов и инженерно-техническим работникам. УДК 621.81(075.8) ББК 34.44я73 К89 © Куклин Н.Г., Куклина Г.С., Житков В.К. © КУРС, 2015 ISBN 978-5-905554-84-1 (КУРС) ISBN 978-5-16-010637-3 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-103302-9 (ИНФРА-М, online) ФЗ № 436-ф3 Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1 Р е ц е н з е н т : И.Н. Сафонова (Королёвский колледж космического машиностроения и технологии)
ПРЕДИСЛОВИЕ Учебник соответствует программе дисциплины «Детали машин» для специальностей технического профиля всех форм обучения. Предлагаемое издание охватывает основы теории, расчета и конструирования деталей и узлов общемашиностроительного применения (наиболее распространенных типов соединений, передач, валов, осей, подшипников, муфт и др.). Выводы расчетных зависимостей даны подробно без сокращений и выполнены по единой методике, в основу которой положены главные критерии работоспособности. В каждой главе приведены примеры с подробными решениями и методическими указаниями для выполнения расчетов при курсовом проектировании по деталям машин. Для этого большинство приведенных примеров является составной частью одного комплексного расчета привода конвейера, включающего редуктор, ременную и цепную передачи. В книге принята единая система физических величин (СИ) со следующими отклонениями, допущенными в стандартах на расчеты деталей машин: размеры деталей машин выражаются в мм и соответственно напряжения в Н/мм2 (МПа), а моменты сохранены в Н ⋅ м. Поэтому в формулы, включающие вращающие Т, изгибающие М или крутящие Мк моменты, введены множители 103 (перевод метров в миллиметры). В конце каждой главы приведены рекомендации по конструированию и контрольные вопросы для самопроверки. Авторы выражают благодарность Н.В. Рогановой за помощь при подготовке рукописи к печати. Авторы
Ч А С Т Ь П Е Р В А Я ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН Г л а в а 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ § 1.1. Общие сведения Курс «Детали машин» рассматривает основы расчета и конструирования деталей и узлов общего назначения, встречающихся в различных механизмах и машинах. Механизмом называют систему твердых тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (редуктор, коробка передач и др.). Машиной называют механизм или устройство, выполняющее механические движения, служащие для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или замены физического или умственного труда человека и повышения его производительности. Все машины состоят из деталей, которые объединяются в узлы (сборочные единицы). Деталью называют часть машины, изготовленную без применения сборочных операций (шпонка, вал и др.). Узлом называют сборочную единицу, состоящую из деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, вал в сборе с подшипниками и зубчатыми колесами, муфта и др.). Узел является составной частью изделия (редуктора, привода, машины). В машиностроении различают детали и узлы общего и специального назначения. К деталям и узлам общего назначения относят такие, которые встречаются во многих видах изделий (болты, валы, подшипники, зубчатые колеса, муфты приводов и др.). Они составляют подавляющее большинство в конструкциях, многие из них являются 4
стандартными (крепежные изделия, приводные ремни и цепи, подшипники качения и др.). Детали и узлы общего назначения изучают в курсе «Детали машин». К деталям и узлам специального назначения относят такие, которые встречаются только в одном или нескольких типах машин (шпиндели станков, поршни, коленчатые валы и др.). Их изучают в специальных курсах («Металлорежущие станки», «Компрессоры» и др.). По функциональному признаку все детали и узлы общего назначения делятся на три основные группы, которые и рассматриваются далее. 1. Соединения деталей. Различают соединения неразъемные (сварные, паяные и др.) и разъемные (резьбовые, шпоночные и др.). 2. Механические передачи (зубчатые, червячные, ременные и др.). 3. Детали и узлы, обслуживающие механические передачи (валы, подшипники, муфты и др.). Корпусные конструкции (корпусы, рамы, плиты) рассматриваются в различных учебных изданиях ([3], [5] и др.). Целью курса является изучение основ расчета и конструирования деталей и узлов общего назначения с учетом режима работы и требуемого ресурса машины. При этом рассматриваются вопросы выбора материала и вида его термической обработки, получения рациональной формы деталей, их технологичности и необходимой точности изготовления. Детали машин зачастую имеют сложную конфигурацию, работают при разных режимах нагружения в различных производственных условиях, и не всегда можно получить точную формулу для их расчета. При расчетах деталей машин часто применяют различные приближенные и эмпирические формулы, в которые вводят поправочные коэффициенты, определяемые опытным путем и подтверждаемые практикой конструирования и эксплуатации машин. Детали и узлы общего назначения изготовляют ежегодно в больших количествах (в одном легковом автомобиле более пяти тысяч типодеталей), поэтому любое усовершенствование методов, требований и норм проектирования очень важно и дает большой экономический эффект. § 1.2. Современные направления в развитии машиностроения Эффективное развитие всех отраслей экономики страны в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в машиностроении в первую очередь материализуются передовые научно5
технические идеи, создаются новые машины, обеспечивающие прогресс в других отраслях экономики. Для современного машиностроения характерно повышение требований к техническому уровню, качеству и надежности изделий, сокращение сроков морального старения средств техники. Это приводит к необходимости постоянного сокращения сроков проектирования при одновременном совершенствовании конструкций машин и технологии их изготовления, требует внедрения новых материалов, более точных методов расчета. Характерным является применение материало, трудои энергосберегающих технологий, станков с программным управлением, гибких производственных систем, в которых технологическое оборудование и системы его обеспечения функционируют в автоматическом режиме и обладают свойством автоматизированной переналадки в пределах установленного класса изделий и диапазонов их характеристик. Применение промышленных роботов позволяет повысить производительность оборудования, улучшить условия и безопасность труда рабочих, повысить качество продукции за счет оптимизации и автоматизации технологических процессов. Дальнейшее повышение техникоэкономического уровня и качества машиностроительной продукции зависит от того, насколько успешно будут решены следующие задачи: 1) расширение областей применения компьютерного проектирования; 2) повышение надежности машин; 3) уменьшение материалоемкости конструкций; 4) уменьшение энергозатрат, повышение КПД механизмов. § 1.3. Требования к машинам и деталям В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых машин предъявляют следующие общие требования: высокая производительность; необходимые точность и надежность; экономичность изготовления и эксплуатации; удобство и безопасность обслуживания; транспортабельность; современный дизайн. При расчетах, конструировании и изготовлении машин должны строго соблюдаться стандарты: государственные (ГОСТы), отраслевые (ОСТы), предприятий (СТП). 6
Стандартизация в области деталей машин охватывает материалы, геометрические параметры (предпочтительные ряды размеров, форму и размеры резьб, шлицевых, шпоночных соединений, исходные контуры зацепления и др.), нормы точности, последовательность разработки и виды конструкторской документации, требования к оформлению чертежей и т. д. Стандарты России в максимально возможной степени основываются на стандартах Международной организации по стандартизации (ISO). Применение в машинах стандартных деталей и узлов уменьшает количество их типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, позволяет быстрее и с меньшими затратами изготовлять новые машины, облегчает ремонт в период эксплуатации. Стандартные детали и узлы машин изготовляют на специализированных заводах или цехах, что повышает их качество и снижает стоимость. Стандартизация изделий, узлов и деталей предполагает их унификацию. Унификация — приведение изделий одинакового функционального назначения к единообразию, включающее обеспечение преемственности при изготовлении и эксплуатации. Показателем уровня стандартизации и унификации является коэффициент применяемости по типоразмерам деталей, определяемый как отношение разности общего числа типоразмеров деталей и числа типоразмеров впервые разработанных деталей к общему числу типоразмеров деталей в изделии. Одним из главных требований, предъявляемых к машинам и их деталям, является технологичность конструкции, которая существенно влияет на стоимость машины. Технологичной называют такую конструкцию, которая характерна наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте. Технологичность конструкции характеризуется: 1) применением в машине деталей, изготовляемых с минимальной механической обработкой. С этой целью широко используют штамповку, точное литье, фасонный прокат, сварку; 2) унификацией деталей, т. е. применением одинаковых деталей в различных узлах машины; 3) максимальным применением стандартных конструктивных элементов деталей (резьб, канавок, пазов, фасок и др.), а также стандартных допусков и посадок; 4) применением деталей и узлов, ранее освоенных в производстве; 7
5) учетом количества выпускаемых изделий (серийности), условий изготовления и технологической целесообразности; 6) снижением трудоемкости сборочных операций, удобной компоновкой с легко доступными местами крепления, возможностью применения сборочных автоматов, роботов; 7) возможностью «сращивания» систем автоматизированного проектирования и производства. Показатели стандартизации и технологичности характеризуют качество изделия. § 1.4. Надежность машин Показателями совершенства конструкции детали являются ее надежность и экономичность. Надежность — свойство изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность определяется работоспособностью изделия. Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции. Полная или частичная утрата работоспособности изделия называется отказом. Классификация отказов по различным признакам приводится в технической литературе ([9] и др.). Показателями качества изделия по надежности являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени. Долговечность — свойство изделия длительно сохранять работоспособность при соблюдении норм эксплуатации до наступления предельного состояния. Под предельным понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна. Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта. Временными понятиями надежности являются наработка, ресурс и срок службы. Наработка — продолжительность или объем работы изделия (в часах, километрах пробега, числах циклов нагружения). Ресурс — суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, километрах пробега и др.). 8
Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние. Выражается обычно в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев. Основными показателями надежности являются: по безотказности — вероятность безотказной работы и интенсивность отказов; по долговечности — средний и гаммапроцентный ресурсы; по ремонтопригодности — вероятность восстановления. Для деталей машин в качестве показателя долговечности используют или средний ресурс (математическое ожидание ресурса в часах работы, километрах пробега, миллионах оборотов), или гаммапроцентный ресурс (суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах). Для изделий серийного и массового производства наиболее часто используют гаммапроцентный ресурс: для подшипников качения, например, 90 %й ресурс. Под вероятностью Р(t) безотказной работы (или коэффициентом надежности) понимают вероятность того, что в заданном интервале времени не произойдет отказа изделия. Если за время t наработки из числа N одинаковых изделий были изъяты изза отказов n изделий, то вероятность безотказной работы изделия P(t) = (N – n)/N = 1 – n/N. Пример 1.1. Если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий, состоящей из N = 1000 шт., после наработки t = 5000 ч произошли отказы у n = 100 изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий P(5000) = 1 – 100/1000 = 0,9. Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов: P(t) = P1(t)P2(t)…Pn(t). Если P1(t) = P2(t) = … = Pn(t), то P(t) = P n 1(t). Отсюда следует, что чем больше элементов имеет изделие, тем меньше его надежность. 9
Пример 1.2. Если изделие состоит из n = 10 элементов с вероятностью безотказной работы каждого элемента P1(t) = 0,9 (как в подшипниках качения), то общая вероятность безотказной работы Р(t) = P n 1(t) = 0,910 = 0,35. Эксплуатация изделия с таким низким показателем Р(t) нецелесообразна. Интенсивность отказов (t). В разные периоды эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Интенсивность отказов λ(t) — отношение числа отказавших в единицу времени изделий к числу изделий (N – n), исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми: (t) = n/[(N – n)t]. Пример 1.3. В примере 1.1 при испытании N = 1000 изделий в интервале времени от 0 до t = 5000 ч произошли отказы у n = 100 изделий. Это значит, что число исправно работающих изделий равно 1000 – 100. Согласно определению, интенсивность отказов: λ(5000) = 100/[(1000 – 100) ⋅ 5000] = 0,000022 = 22 ⋅ 10–6 1/ч. Средние значения интенсивностей отказов составляют: для подшипников качения — λ(t) = 1,5 ⋅ 10–6 1/ч; для ременных передач — λ(t) = 15 ⋅ 10–6 1/ч. Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов Р(t) 1 – (t) t. Пример 1.4. Если назначенный ресурс ременной передачи составляет t = 2000 ч, а интенсивность отказов λ(t) = 15 ⋅ 10–6 1/ч, то вероятность безотказной работы ременной передачи Р(2000) = 1 – 15 ⋅ 10–6 ⋅ 2000 = 0,97. Под вероятностью восстановления понимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданное значение. Основы надежности закладывает конструктор при проектировании изделия (например, точностью составления расчетной схемы и др.). Показатели надежности определяют методами теории вероятностей, их используют при выборе оптимальных вариантов конструкций. Надежность зависит также от качества изготовления (неточности влияют на распределение нагрузок в зоне силового взаимодействия) и от соблюдения норм эксплуатации. 10
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти