- •В.А. Жулай детали машин
- •190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
- •Рецензенты:
- •Основные условные обозначения
- •Общие сведения о деталях машин и истории их развития
- •Краткий исторический обзор
- •Основные понятия и задачи курса деталей машин. Основные направления развития конструкций машин
- •Классификация деталей машин
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Последовательность и этапы проектирования
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Виды нагрузок, действующих на детали машин
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин
- •2.4.1. Прочность
- •Выбор запаса прочности и допускаемых напряжений
- •В основу положено уравнение линейного суммирования повреждений
- •Жесткость
- •Износостойкость
- •2.4.4. Теплостойкость
- •2.4.5. Виброустойчивость
- •2.4.6. Надежность
- •Контрольные вопросы
- •3. Соединения
- •3.1. Неразъемные соединения
- •3.1.1. Сварные соединения
- •3.1.2. Паяные и клеевые соединения
- •3.1.3. Соединения с натягом
- •3.1.4. Заклепочные соединения
- •Расчет на прочность элементов заклепочного шва
- •Расстояние между рядами заклепок
- •Условие прочности на срез:
- •Условие прочности на смятие:
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Разъемные соединения
- •3.2.1. Резьбовые соединения
- •Силовые соотношения и расчет на прочность резьбовых соединений.
- •С учетом (3.28) формула (3.27) примет вид
- •3.2.2. Шпоночные соединения
- •3.2.3. Шлицевые и профильные соединения
- •3.2.4. Штифтовые соединения
- •Для односрезного соединения
- •Условие прочности на смятие:
- •3.2.5 Клеммовые соединения
- •Контрольные вопросы
- •4. Механические передачи
- •4.1. Общие сведения. Основные кинематические и энергетические соотношения
- •Кинематические и энергетические соотношения в передаточных механизмах
- •Контрольные вопросы
- •4.2. Фрикционные передачи и вариаторы
- •Создаваемый момент трения
- •Расчет на прочность фрикционной передачи
- •Фрикционные вариаторы
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Ременные передачи
- •Кроме того, натяжения в ветвях f1 и f2 связаны с передаваемой окружной силой Ft условием:
- •Напряжение от окружного усилия, передаваемого ремнем:
- •Напряжения от изгиба ремня
- •4.4. Зубчатые передачи
- •Классификация зубчатых передач
- •4.4.1. Геометрия и кинематика цилиндрических прямозубых передач
- •4.4.2. Основы расчета на контактную прочность и изгиб
- •4.4.3. Косозубые и шевронные колеса. Особенности их расчета
- •4.4.4. Конические зубчатые передачи
- •В соответствии со схемами (см. Рис. 4.27, 4.28)
- •Основы расчета на контактную прочность и изгиб конической передачи
- •4.4.5. Планетарные передачи
- •4.4.6. Волновые передачи
- •4.4.7. Передачи Новикова
- •4.5. Червячная передача
- •Области применения червячных передач
- •Расчет па прочность червячной передачи
- •4.6. Передача винт-гайка
- •4.7. Рычажные механизмы
- •4.8. Цепная передача
- •Силы в цепной передаче
- •5. Валы и оси. Подшипники.
- •5.1. Валы и оси
- •Материалы
- •5.2. Подшипники
- •5.2.1. Подшипники скольжения
- •Материалы
- •5.2.2. Подшипники качения
- •Условные обозначения подшипников качения
- •Смазывание подшипников
- •Поля допусков отверстий под подшипники
- •5.2.3. Уплотняющие устройства
- •5.3. Общие сведения о редукторах
- •Схемы редукторов
- •Смазывание редукторов
- •Муфты. Упругие элементы. Смазочные материалы. Сапр
- •6.1. Муфты
- •Классификация муфт Муфты подразделяют:
- •Подбор муфт и проверка па прочность основных элементов
- •Фрикционная муфта
- •6.2. Пружины и рессоры
- •6.2.1. Основные понятия
- •6.2.2. Конструирование и расчет цилиндрических витых пружин
- •Шаг пружины сжатия в ненагруженном состоянии
- •Длина пружины в ненагруженном состоянии
- •6.3. Смазочные материалы
- •6.3.1. Смазочные масла
- •Классификация трансмиссионных масел
- •Соответствие классов вязкости и групп трансмиссионных масел по гост 17479.2-85 классификациям sae j306с и арi
- •6.3.2. Пластичные смазки
- •6.3.3 Твердые смазочные материалы
- •6.3.4. Твердые смазочные покрытия
- •6.3.5. Ротапринтная смазка
- •6.3.6. Магнитные смазочные материалы
- •6.3.7. Антифрикционные самосмазывающиеся материалы
- •6.4. Автоматизация проектирования узлов и деталей машин
- •6.4.1. Структура и функционирование сапр
- •6.4.2. Типовые процедуры и маршруты сапр
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Жулай владимир алексеевич
- •190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Основные условные обозначения
А – площадь поперечного сечения, мм2;
Д – диапазон регулирования вариатора;
aw – межосевое расстояние, мм;
b – ширина колес, мм;
Сi – расчетные коэффициенты;
d, D – диаметры колес (шкивов), мм;
Е – модуль упругости, МПа;
Епр – приведенный модуль упругости, МПа;
Fа – осевая сила, Н;
Fr – радиальная сила, Н;
Ft – окружная сила, Н;
ƒ – коэффициент трения;
KF – коэффициент нагрузки при расчете на изгиб;
KH – коэффициент нагрузки при расчете по контактным напряжениям;
КЭ – коэффициент эксплуатации;
m – модуль зубьев, мм;
me – внешний окружной модуль зубьев, мм;
mn – нормальный модуль зубьев, мм;
mt – торцевой модуль зубьев, мм;
Ми – изгибающий момент, Н·мм;
Nц – число циклов нагружения;
P – мощность, Вт;
р – удельная нагрузка, Н/мм;
р0 – допускаемая удельная нагрузка, Н/мм;
[р] – расчетная допускаемая удельная нагрузка, Н/мм;
рц – среднее давление в шарнире цепи, МПа;
[рц] – допускаемое среднее давление в шарнире цепи, МПа;
pt – шаг зубьев (окружной), мм;
Qном – номинальная нагрузка, Н;
Qр – расчетная нагрузка, Н;
q – коэффициент диаметра червяка;
Rа – коэффициент асимметрии цикла;
Re – внешнее конусное расстояние конического колеса, мм;
Rm – среднее конусное расстояние конического колеса, мм;
S – коэффициент запаса прочности;
T – вращающий (крутящий) момент, Н·мм;
Tр – период, с;
t – шаг цепи, мм;
u – передаточное число;
W – осевой момент сопротивления сечения, мм3;
Wp – полярный момент сопротивления сечения, мм3;
Wтв – количество тепла, ккал/ч;
YF – коэффициент формы зуба при расчете на изгиб;
z – число зубьев;
zч – число заходов червяка;
α – угол зацепления, о;
α1, α2 – угол обхвата шкивов ремнем, о;
β – угол наклона зубьев, о;
γ – угол подъема винтовой линии червяка, о;
δ1, δ2 – углы делительных конусов, о;
ε – коэффициент скольжения в передаче;
η – коэффициент полезного действия (КПД);
μ – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона);
ρ – радиус кривизны поверхности, мм;
ρпр – приведенный радиус кривизны поверхности, мм;
σF – нормальное напряжение изгиба, МПа;
σHlim – предел контактной выносливости, МПа;
σFlim – предел изгибной выносливости, МПа;
σH – контактное напряжение, МПа;
[σF] – допускаемое нормальное напряжение изгиба, МПа;
[σH] – допускаемое контактное напряжение, МПа;
σ1, σ2 – напряжения в сечениях ремня при передаче нагрузки, МПа;
φ – коэффициент тяги;
ψba – коэффициент ширины колеса по межосевому расстоянию;
ψbd – коэффициент ширины колеса по диаметру;
ω – угловая скорость, рад/с.
Ведущие элементы передач обозначаются нечетными номерами, ведомые – четными. Другие необходимые обозначения величин приводятся в тексте.
Общие сведения о деталях машин и истории их развития
Краткий исторический обзор
Прообразы отдельных деталей машин в применении к ручному инструменту, оружию и приспособлениям известны с глубокой древности. К самым первым по времени появления, как известно, относятся рычаг и клин. Прообразом современных передач гибкой связью следует считать лучковый привод вращения для добывания огня, выполнявшийся наподобие лука, тетива которого обматывалась вокруг вращаемого стержня. При возвратно-поступательном движении лука вдоль тетивы стержень получал возвратно-вращательное движение.
Очень давно, более 25 тыс. лет назад, человек научился применять упругие элементы в луках для метания стрел.
Применение катков, т. е. замена трения скольжения трением качения, было известно свыше 4000 лет назад.
К первым деталям, из числа работающих в условиях, близких к условиям работы в машинах, следует отнести колесо, ось и подшипник повозок. Известно применение ворота и блока в древности при строительстве храмов и пирамид.
В сочинениях древнегреческих философов (Платон «Государство»; Аристотель «Механические проблемы») имеются сведения о применении в Греции за 3,5 века до нашей эры металлических цапф, зубчатых колес, кривошипов, катков, полиспастов.
Архимед (287–212 гг. до н. э.) применил для водоподъемной машины винт известный ранее.
В сочинении Поллиона Витрувия «Архитектура» (16–13 лет до н. э.) описывается водоподъемная машина с ковшами, укрепленными на цепи.
У Паппа Александрийского (284–305 гг.) описан редуктор из зубчатых и червячных передач. Зубчатые передачи тогда выполняли в виде цевочных (на одном колесе зубья – в виде штифтов, параллельных оси вала), червяки и червячные колеса – с прямобочным профилем.
За период средневекового застоя часть технических достижений древности была забыта. В эпоху Возрождения вновь появляются известные ранее и новые механизмы и детали.
У монаха Теофила Пресвитера (1100 г.) имеются данные о применении маховика.
В записках Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.) описаны винтовые зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, зубчатые колеса с вращающимися цевками, подшипники качения, шарнирные цепи и разные машины.
В литературе эпохи Возрождения имеются данные о применении канатных и ременных передач, грузовых винтов, муфт.
Таким образом, большинство основных типов деталей машин было известно еще в древности или в период Возрождения.
С появлением паровой машины в конце XVIII в. и паровоза в начале XIX в. широкое применение получили заклепочные соединения (в паровых котлах и железнодорожных мостах). В XX в. произошло постепенное вытеснение заклепочных соединений сварными.
Резьбовые соединения непрерывно совершенствовались. В 1840 г. Витвортом в Англии была разработана система крепежных резьб, которая сыграла большую роль в качестве первой работы по стандартизации в машиностроении.
Передачи гибкой связью (ременная и канатная) развивались вначале как универсальные: для раздачи энергии от паровой машины по этажам фабрики (канатная передача), для привода трансмиссионных валов, привода отдельных станков и других машин и привода отдельных органов в каждой машине (ременная передача). В конце XIX и в XX вв. по мере развития индивидуального электропривода роль ременной передачи свелась к приводу легких и средних машин от индивидуальных приводных двигателей. В 20-х годах началось широкое распространение ременных передач с клиновым сечением ремня. В последние годы осуществляется переход на ремни из синтетических материалов, зубчатые и многоклиновые.
Зубчатая передача непрерывно совершенствовалась и области применения ее расширялись: вместо цевочного появляется собственно зубчатое зацепление, сначала прямобочного профиля со скруглениями, который затем заменяется циклоидальным, а потом эвольвентным. Вместо деревянных колес, использовавшихся в приводе от водяных двигателей, начинают применять чугунные со вставными деревянными зубьями на большом колесе, потом литые чугунные необработанные и, наконец, стальные обработанные.
С 70-х годов прошлого века в связи с появлением велосипедов начинают применять подшипники качения, которые получают широкое распространение.
История развития конструкций деталей машин в России свидетельствует о значительном вкладе русских механиков в эту область техники.
Механику Петра I А. К. Нартову принадлежит изобретение (около 1718 г.) самоходного суппорта токарного станка с ходовым винтом. До этого на протяжении многих веков инструмент держали в руках, опирая на подручник.
К. Д. Фролов впервые в мире применил металлические (чугунные) рельсы для внутризаводского транспорта.
Ф. А. Блинов изобрел гусеничный ход, привилегия на который была ему выдана в 1879 г.
Русскому инженеру Р. А. Корейво (1907 г.) принадлежит изобретение цельнометаллической упругой муфты, обладающей рядом принципиальных достоинств. Современные модификации этой муфты имеют широкое распространение в тяжелом машиностроении.
Еще в 1903 г. на Балтийском заводе были изготовлены червячные передачи с глобоидным (облегающим червячное колесо) червяком.
Развитие конструкций деталей машин в настоящее время определяется большими изменениями, происходящими в технике в связи с появлением новых материалов и интенсификацией рабочих процессов, комплексной автоматизацией, повышением мощностей, скоростей, давлений, точности.
Теория и методы расчета деталей машин разрабатывались по мере появления и совершенствования их конструкций. Простые расчеты – определение передаточных отношений и действующих сил – были известны еще в Древней Греции. Первым исследователем в области деталей машин должен, по-видимому, считаться Леонардо да Винчи. Он рассматривал вопросы о сопротивлении вращению колес, шкивов и блоков, о зоне износа подшипников и о соотношении между износом оси и подшипника. Он предложил установку для испытания винтов. Очень большое значение имели исследования Леонардо да Винчи в области трения.
Первая попытка систематического описания частей машин была сделана Леупольдом в сочинении «Театр машинный».
В разработке теории и методов расчета деталей машин большая роль принадлежит отечественным ученым. Л. Эйлер – член Российской Академии наук, нашедший в России вторую родину – предложил и разработал теорию эвольвентного зацепления зубчатых колес, имеющего в настоящее время повсеместное распространение, создал теорию трения гибкой нити о шкив, составляющую основу теории расчета ременных передач и ленточных тормозов.
Профессор Н. П. Петров является основоположником гидродинамической теории смазки (теории работы масляного слоя между трущимися поверхностями). В настоящее время эта теория является не только основой для расчета подшипников скольжения, но и распространяется на зубчатые и червячные передачи, роликовые подшипники и другие детали, работающие со смазкой.
Великий русский ученый Н. Е. Жуковский исследовал распределение силы между витками резьбы, работу упругого ремня на шкивах и вместе с С.А. Чаплыгиным дал блестящее решение важнейшей гидродинамической задачи для подшипников скольжения.
X. И. Гохманом была разработана общая теория зубчатых зацеплений.
Начиная с 1917 г. отечественная наука о деталях машин развивалась особенно быстрыми темпами и достигла значительных результатов.
Предложено круговинтовое зацепление высокой несущей способности (М. Л. Новиков), созданы основы контактно-гидродинамической теории смазки (А. И. Петрусевич и др.); разработан избирательный перенос в парах трения, обеспечивающий в определенных условиях почти безызносную работу (Д. Н. Гаркунов, И. В. Крагельский); установлена прямая пропорциональность износостойкости материалов в естественном состоянии от твердости (М. М. Хрущев); разработан расчет на изнашивание как усталостный процесс и расчет сил трения (И. В. Крагельский и др.).
Из зарубежных классических исследований необходимо указать на выдающиеся работы О. Рейнольдса, А. Зоммерфельда, А. Митчеля в области гидродинамической теории смазки; X. Гюйгенса – по циклоидальному профилю зубьев зубчатых колес и Р. Виллиса – по общим зависимостям для зубчатых зацеплений; В. Льюиса, Е. Бакингема, X. Меррита – по прочности зубчатых передач; К. Баха – по выбору допускаемых напряжений и техническим расчетам деталей машин; Р. Штрибека, А. Пальмгрена – по расчету подшипников качения.
Контрольные вопросы
Какие первые детали работали в условиях, близких к условиям работы в машинах?
Какое зацепление использовалось в первых зубчатых передачах?
Кто из русских механиков 18–19 веков нашей эры внес наибольший вклад в развитие техники?
Кто из отечественных ученых 19–20 веков нашей эры внес значительный вклад в развитие теории и методов расчета деталей машин?
Кто из зарубежных ученых 19–20 веков нашей эры внес значительный вклад в развитие теории и расчетов деталей машин?