книги из ГПНТБ / Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие

А. Ф. ПРОШ КОВ

__________ МАШИНЫ

ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

_______ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

КОНСТРУКЦИИ, РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

,,Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности ,,Машины и аппараты производств химических волокон“

«_У кѴч-А £ ІѴ :,5 і..

Москва • „МАШИНОСТРОЕНИЕ“ • 1974

П 78

УДК 677.4.051.1.001.2 (0758)

ЧИТАЛЬНОГО ЗАДА I

Прошков А. Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование. Учебное пособие для тек­ стильных вузов по специальности «Машины и аппараты произ­ водств химических волокон». М ., «Машиностроение», 1974, 472 с.

В учебном пособии изложены основы расчета и проектирова­ ния основных механизмов, узлов и деталей машин для производства химических волокон, в частности формовочных, крутильных, гофрировочных, резальных, а также машин для производства текстури­ рованных нитей. Даны конкретные примеры расчетов. Рассмотрены конструкции базовых машин, вопросы вибрации в машинах и выбор материалов.

Учебное пособие составлено по утвержденной программе курса: «Расчет и конструирование машин для производствахимических волокон» (специальность 0570) для студентов технологических, Ме­ ханических и машиностроительных факультетов текстильных вузов. Учебное пособие может быть полезно также конструкторам и тех­ нологам, работающим в области производства химических волокон и на предприятиях машиностроения.

Ил. 283, табл. 9, список лит. 35 назв.

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

Ра з д е л п е р в ый

ОБЩ АЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА I

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИХ в о л о к о н

Совершенство конструкции изделия оценивают по ее надежности, работоспособности и экономичности.

Согласно ГОСТ 2.101—68 изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. В области машиностроения подавляющее число предметов (детали, узлы, механизмы и машины) изготовляют на машиностроительных заводах.

Основным показателем качества изделия является надеж­ ность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в те­ чение требуемого промежутка времени или требуемой наработки

(ГОСТ 13377—67).

Под наработкой понимается продолжительность или объем работы изделия, измеряемые в часах, километрах, килограммах, циклах и в других единицах.

Надежность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей. Надежность можно определять для машины в целом или для отдельных ее механизмов, узлов и деталей. Расчет надежности базируется на статистических данных, которые соби­ рают в процессе наблюдений за изделием при эксплуатации или специальных испытаниях.

Надежность машиностроительных изделий в основном оцени­ вается безотказностью и долговечностью их работы и ‘работы со­ ставных частей.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособ­ ность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установ­ ленными требованиями технической документации. Эти требова­ ния обычно указаны в техническом паспорте изделия.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособ­ ность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

5

Предельное состояние изделия определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, обусловленной либо снижением эффективности, либо отклонением от требований техники безопас­ ности; предельное состояние отмечается в технической докумен­ тации.

Показателями долговечности могут служить, например, ресурс и срок службы. Ресурс — наработка изделия до предельного состояния, а срок службы — календарная продолжительность эксплуатации изделия до момента возникновения предельного состояния или до списания.

Машины для производства химических волокон проходят три периода работы: приработки, нормальной эксплуатации и прояв­ ления физического износа. При работе в каждом периоде могут происходит отказы, т. е. нарушение работоспособности машины.

Во время приработки машины особенно четко проявляются дефекты производства. В этот период интенсивность отказов выше, чем в период нормальной эксплуатации. По мере устранения этих дефектов число отказов уменьшается. Кроме того, вследствие приработочного износа все трущиеся детали автоматически доводятся до наиболее рациональных форм.

Таким образом, для повышения надежности машины необхо­ димо производить ее обкатку до сдачи в эксплуатацию.

В период нормальной эксплуатации причиной отказов яв­ ляются случайные перегрузки, а также скрытые дефекты произ­ водства (микротрещины, раковины и т. п.).

Устранить все дефекты производства чрезвычайно трудно. Чем выше культура производства, тем меньше дефектов.

В период проявления физического износа происходит резкое повышение интенсивности отказов. При этом различные виды из­ носа (износ от трения, усталость, старение и т. п.) достигают таких значений, которые приводят к разрушению деталей или нарушению нормальной работы машины (нарушению технологи­ ческого процесса).

Для повышения надежности машину необходимо подвергать профилактическому ремонту до начала третьего периода.

Нетрудно заметить, что основы надежности закладываются конструктором при проектировании машины. Конструктор должен отразить в чертежах, технических условиях и другой технической документации все факторы, обеспечивающие надежность изделия.

Одним из простейших и эффективных мероприятий по повы­ шению срока службы изделия является уменьшение напряжений в деталях, т. е. повышение запасов прочности. Однако это противо­ речит требованию уменьшения габаритных размеров и массы изделия. Для удовлетворения обоим требованиям целесообразно использовать высокопрочные материалы и применять упрочня­ ющую технологию (термическую и химико-термическую обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на поверхность деталей, поверхностное упрочнение и т. д.). Термической обра-

6

боткой можно увеличить нагрузочную способность зубчатых пере­ дач и кулачков в 2—4 раза; хромирование вытяжных и транспор­ тирующих дисков увеличивает срок службы в 5 раз и более.

Эффективными мерами повышения срока службы изделия яв­ ляются правильный выбор системы смазки трущихся поверхностей и сорта масла, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли, грязи) размещением изделий в закрытых корпусах, установка надежных уплотнений, полное удаление продуктов износа от трущихся поверхностей и т. д.

Если в условиях эксплуатации возможны случайные пере­ грузки, то в конструкции следует предусматривать предохрани­ тельные устройства (предохранительные муфты, реле максималь­ ного тока и т. п.). Для уменьшения вредного влияния динамических нагрузок устанавливают упругие связи (упругие муфты).

В целях сокращения числа отказов из-за дефектов производ­ ства все детали следует тщательно контролировать.

Специализация и автоматизация производства повышают ка­ чество и однородность изделий, поэтому необходимо шире при­ менять унифицированные детали массового производства, а также стандартные элементы.

Отношение времени простоя машины в ремонте к рабочему времени является одним из показателей качества изделия. Для уменьшения этого отношения конструктор должен обеспечить легкую доступность к узлам и деталям для осмотра или замены, т. е. создать ремонтопригодную конструкцию. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями. В неко­ торых конструкциях экономически оправдано выделять так назы­ ваемые ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно снижает время ремонтного простоя машины.

Машина и отдельные узлы должны быть удобны в сборке и раз­ борке, легко доступны для ремонта и ухода.

останавливается).

В инструкции (технической документации) следует указывать все опасные места в машине.

Работоспособность машины или механизма зависит от работо­ способности отдельных деталей. Работоспособность деталей зави­ сит от их прочности, износостойкости, жесткости, теплостойкости, вибрационной устойчивости.

Значение того или иного критерия для данной детали опре­ деляется условиями ее работы. Например, критерием работоспособ­ ности зубчатых колес дозирующего насоса является износостой­

7

При конструировании деталей их долговечность обеспечивают главным образом выбором соответствующего материала и расчетом размеров изделия по основному критерию работоспособности.

Для подавляющей части деталей главным критерием работо­ способности является прочность. Непрочные детали быстро вы­ ходят из строя, что является причиной не только простоев ма­ шины, но и несчастных случаев. Следовательно, детали необходимо на прочность исключительно квалифицированно и

Различают статические и усталостные поломки деталей. Стати­ ческие поломки происходят, когда величина рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала ав или предел текучести ат. Это связано обычно со случайными перегрузками

вости деталей значительно снижается при наличии концентраторов напряжении, определяемых конструктивной формой деталей

(резьба, канавки, галтели) или дефектами производства (рако­ вины, трещины, царапины). ѵр

В рассматриваемом курсе проектирования машин общие за­ коны расчета на прочность, взятые из курса сопротивления мате­

риалов, рассматриваются в приложении к конкретным деталям и принимают форму инженерных расчетов.

В инженерных расчетах основное внимание следует уделять

правильному выбору расчетных схем и величин допускаемых на­ пряжении (запасов прочности)«

Неправильный выбор запаса прочности может привести к по­ ломке детали или завышению ее массы и к перерасходу материала.

ри массовом производстве экономия конструкционного мате­ риала приобретает весьма важное значение.

Факторы, влияющие на величину необходимого запаса проч­ ности, многочисленны и разнообразны; к ним относятся степень ответственности детали, условия работы оборудования, однород­ ность материала, надежность его испытаний, точность расчетных

И точность определения действующих сил, технология изготовления детали и сборки, и т. д. Многообразие действующих

ф кторов создает большие трудности в определении количествен-

^ п^ а ° ВаНИИ длительного опыта выработаны определенные нормы запаса прочности для конкретных деталей (например, зубчатых

и т п’'» Кт ^ ачков’ Ремнеи, резервуаров, отделочных цилиндров

и т. д.). Наличие норм не умаляет существенного значения квали-

тш н т Т констРУкт°Ра в правильности выбора величин коэффи­ циентов запаса прочности. ^

8

Кроме обычных видов разрушения (поломок) деталей, в прак­ тике наблюдаются также случаи разрушения их поверхности (кулачки, подшипники, зубья колес и т. п.). Эти разрушения связаны с так называемыми контактными напряжениями, возни­ кающими в месте соприкосновения двух деталей в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами деталей (сжатие двух цилиндров, кулачка и ролика, двух шаров, шара и плоскости, и т. п.).

Если величина контактных напряжений больше допустимой, то на поверхности детали появляется вмятина, борозда, трещина или мелкие раковины.

При расчете контактных напряжений следует различать два характерных случая: 1) первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость); 2) первоначальный контакт по линии (два цилиндра с параллельными осями, цилиндр и плоскость). Во втором случае до приложения удельной нагрузки цилиндры соприкасаются по линии. Под нагрузкой линейный контакт пере­ ходит в контакт по узкой площадке. При этом точки максималь­ ных нормальных напряжений сгк располагаются по продольной оси симметрии контактной площадки. Величину сгк вычисляют по формуле Беляева — Герца (при коэффициенте Пуассона р =

=0,3).

Взоне контакта материал подвергается трехосному сжатию.

Максимальное контактное напряжение тк возникает на некотором расстоянии, равном 0,4b (где Ь — ширина контактной площадки), от поверхности контакта

Переменные по величине контактные напряжения вызывают появление усталостных напряжений поверхностных слоев дета­ лей. На поверхности возникают микротрещины с последующим выкрашиванием мелких частиц металла.

Износостойкость определяется величиной износа детали за определенное время. Износ является результатом действия кон­ тактных напряжений или удельных давлений при скольжении без жидкостного трения. Интенсивность износа, а следовательно,

исрок службы детали при износе зависит от величины этих напря­ жений и скорости скольжения, а также от коэффициента трения

иизносостойкости материала.

Износ деталей не должен превышать некоторой допустимой для данного механизма величины.

9