книги из ГПНТБ / Ковалев Н.А. Теория механизмов и детали машин крат. курс учебник
.pdfН. А. Ковалев
ТЕО РИ Я М ЕХАНИЗМ ОВ
и
\
ДЕТАЛИ
МАШИН
Н. А. КОВАЛЕВ
докт. ТЕХН. НАУК, ПРОФ.
Т Е О Р И Я
МЕ Х А Н И З М О В
И
Д Е Т А Л И
МА Ш И Н
(краткий курс)
Издание 2-е исправленное
ДОПУЩЕНО МИНИСТЕРСТВОМ ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ СССР
В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНИКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ НЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВУЗОВ
МОСКВА — «ВЫСШАЯ ШКОЛА» — 1
6П5.3 |
|
|
|
К56 |
|
|
|
УДК 621.01:621.81(075.8) |
/. |
||
|
|
|
-.Г ? У |
Ковалев Н. А. |
|
||
К56 |
Теория механизмов и детали машин. Изд. 2-е. Учебник |
||
для вузов. М., «Высш. школа», 1974. |
|||
|
319 с. с ил. |
|
|
|
Эта |
книга является первым опытом объединения курсов «Теория меха |
|
низмов» |
и «Детали машин». Главное ее назначение — ознакомить студента |
||
с |
понятиями, свойственными машиностроению. |
|
|
|
Особое внимание уделено вопросам анализа устройства и действия меха |
||
низмов, важным для понимания физической природы явлений. Необходимый |
|||
для проектирования и упражнений справочный материал приведен в конце |
|||
книги. |
|
|
|
|
Предназначается в качестве учебника для студентов немашиностроитель* |
||
ных специальностей вузов. |
|
||
|
|
|
6П5.3 |
|
Р е ц е н з е н т — кафедра Ленинградского |
электротехнического |
|
|
|
института им. В. И. Ульянова |
(Ленина). |
© Издательство «Высшая школа», 1974.
|
ПРЕДИСЛОВИЕ |
|
и |
Настоящее второе издание краткого учебника по теории механизмов |
|
деталям машин предназначается для тех немашиностроительных |
||
и |
немеханических специальностей, у которых |
учебные планы, пре |
дусматривают лекционный курс объемом около |
60 часов на одном |
|
семестре (соответствующие упражнения и лабораторные работы) и проект на следующем. Первые две главы имеют вводный харак тер, причем первые два параграфа первой главы и первый параграф второй в лекционном курсе не излагаются. Они содержат лишь краткие сведения из предшествующих учебных курсов (сопротивле ния материалов и технологических дисциплин) и предназначаются для повторения.
Цель курса — ознакомить студента с кругом понятий и методов анализа, свойственных машиностроению для необходимого взаимо понимания специалистов разных областей. Объем учебника пред определен отводимым на курс временем, поэтому неполнота является совершенно неизбежной.
Автор считал полезным сосредоточить внимание на вопросах уст ройства и анализа действия механизмов, важных для понимания физической природы явлений, и пожертвовать советами, имеющими значение для конструирования собственно машиностроительных объ ектов, поскольку этот вид деятельности для немеханика мало вероятен.
Необходимый для упражнений и проектирования справочный мате риал вынесен в приложения. Ограничено также число советов, пред назначенных для выполнения курсового проекта, так как для немеха ника этап курсового проектирования следует рассматривать главным образом как методологическую школу, где студент может познако миться с самым увлекательным видом инженерного творчества. Именно под этим углом зрения построен пример, приведенный в конце книги.
Поскольку этот учебник предназначается для весьма разнородных немеханических специальностей, он не может быть единственным учебным пособием по курсу. Кафедры институтов различного про филя обязаны создать дополнительные методические материалы по расчету и конструированию общемашиностроительных сборочных единиц (узлов), отражающих однако в какой-то мере специфику профиля учебного заведения. Только на этом пути они найдут весьма полезный контакт со своими специальными кафедрами.
1* |
3 |
Всвязи с тем, что в малом объеме текста концентрируется боль шой и подчас неоднородный материал, пришлось отказаться от неко торых традиционных обозначений. Иначе было бы невозможно сохра нить их однозначность на всем протяжении курса, что представляется обязательным. По этим же причинам, а также потому, что этот крат кий курс предназначен для немехаников, т. е. имеет ознакомительный характер, в этом, втором, издании не внесены изменения, которые связаны с появлением в период подготовки книги новых ГОСТов.
Основой учебника явился курс теории механизмов и деталей машин, который в течение ряда лет преподается в Московском ордена •Пенина энергетическом институте. Трудности, связанные с чтением такого курса одним лектором, хорошо известны.
Вотличие от первого издания глава «Винтовые механизмы» завер шает изучение устройства и теории низших кинематических пар, что более логично. Глава «Многозвенные передачи» названа «Редукторы, коробки скоростей (многозвенные передачи)» и расположена непо
средственно после главы «Червячные передачи», что более удобно. Пример проектирования редуктора, завершающий изложение, дан отдельной главой. Несколько расширено изложение мест, оказавшихся слишком конспективными. Кроме того, устранены отдельные мелкие погрешности, неизбежные в первом издании.
Наибольшее внимание уделено совершенствованию изложения. Однако автор по-прежнему считает, что учебник, предназначенный для высшей школы, должен побуждать студента к активной работе над материалом, тем самым способствуя поднятию его до уровня твор ческого работника, каким ему надлежит стать по окончании вуза. Поэтому примитивизм, рецептурность и многословность недопустимы. Помимо прочих недостатков они приводят к растворению существен ного в несущественном. Поэтому автор стремился сделать текст воз можно ясным и точным, но при этом достаточно лаконичным, сохраняя полное доверие и уважение к способностям читателя.
Автор благодарит товарищей по кафедре и рецензентов за полез ные советы.
Замечания и пожелания по книге автор просит читателей при сылать по адресу: Москва, К-51, Неглинная ул. 29/14, издательство «Высшая школа».
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
|
|
|
А — межцентровое расстояние, работа; |
|
|
|||||||
|
|
|
а — число единиц допуска, смещения фрезы; |
|
|
|||||||
|
|
|
С — коэффициент работоспособности; |
|
|
|
||||||
|
|
|
Ск — коэффициент контактных напряжений; |
|
при |
|||||||
|
|
С0к — коэффициент |
контактных |
напряжений |
||||||||
С0, |
Са , |
Сѵ, |
неограниченном сроке службы; |
при |
расчете |
|||||||
Сн — корректирующие |
коэффициенты |
|||||||||||
|
|
|
ременной передачи; |
|
элемента, |
стыка, |
|
винта |
||||
|
с, сС| св — жесткости упругого |
|
||||||||||
' |
|
|
(болта); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
De, Di — диаметры окружности выступов и окружности |
|||||||||||
|
|
|
впадин; |
шипа, |
наружный |
диаметр |
резьбы; |
|||||
d0, dg), |
dlt |
|
d — диаметр |
|||||||||
d2, dg)C— диаметры: основной и делительной окружностей, |
||||||||||||
|
|
|
резьбы внутренний и средний, делительной |
|||||||||
|
|
|
окружности в среднем по ширине конического |
|||||||||
|
|
|
колеса сечения; |
|
|
|
|
|
выводе |
|||
|
|
|
g — коэффициент |
пропорциональности при |
||||||||
|
|
|
формулы расчета зуба на изгиб, ускорение |
|||||||||
|
|
|
земного |
притяжения; |
|
|
|
|
|
|||
|
|
НВ — твердость по Бринеллю; |
|
|
|
|
||||||
|
|
HRC — твердость по Роквеллу (шкала С); |
|
резьбы, |
||||||||
|
|
|
h — подъем |
толкателя, |
высота |
профиля |
||||||
|
|
|
толщина прокладки, пластины; |
|
поверх |
|||||||
|
|
hmin — наименьший |
зазор |
между |
цапфой и |
|||||||
|
|
|
ностью подшипника; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
—‘ передаточное отношение; |
|
|
|
|
|||||
|
|
I, Япр^— момент |
инерции, |
приведенный |
момент |
инер |
||||||
|
|
|
ции; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ — единица допуска,- текущий индекс; |
|
|
|||||||
К, Ко, /Сыр, /Срк, ЯрН, Яув, |
Къ — коэффициенты: нагрузки, динамичности, нерав |
|||||||||||
|
|
|
номерности |
поверхностных |
напряжений, |
кор |
||||||
|
|
|
ректирования допускаемой по контактной проч |
|||||||||
|
|
|
ности нагрузки, |
корректирования допускаемых |
||||||||
|
|
|
напряжений изгиба, |
увеличения средней скоро |
||||||||
|
|
|
сти, корректирующий коэффициент при расчете |
|||||||||
|
L, |
Lg, |
цепной |
передачи; |
|
|
|
|
|
|
||
|
Lf — длина: клинового ремня, конусного расстояния, |
|||||||||||
|
I, I , |
число звеньев приводной цепи; |
замыкающего |
|||||||||
|
— длина: цапфы, линии |
контакта, |
||||||||||
|
|
|
звена; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М — момент; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мд, Mg, Мпр> M F — момент: движущий, |
сил сопротивления, |
при |
||||||||||
|
|
|
веденный, сил трения; |
|
|
|
|
|
||||
5
М а, Мк, Afn — момент: номинальный, крутящий, изгибаю
,,[<ПР) _ |
щий |
приведенная масса; |
|
I |
масса, |
I |
коэффициент приведения осевой нагрузки к ра- |
I |
диальной, |
модуль; |
тп, ms ■— модули нормальный и торцовый;
|
|
/ |
угловая скорость в об:мин, |
|
|
|
п I |
общее число звеньев механизма, |
|
||
|
|
( |
коэффициент запаса прочности; |
|
|
{Р }, [-Р], Яи,Рк, PR, РА — силы: предельная, допускаемая, инерции, ок |
|||||
|
|
|
ружная (создающая вращающий момент), на |
||
|
|
|
правленная по радиусу, направленная парал |
||
|
|
|
лельно оси вращения; |
|
|
Ръ |
Рг — числа высших и низших кинематических пар |
||||
|
|
|
цепи; |
|
радиаль |
Q, Qß, |
QA — нагрузка подшипника: приведенная, |
||||
|
|
|
ная, аксиальная; |
|
|
|
|
|
удельное давление на опорной поверхности |
||
|
|
(цапфы, |
|
|
|
|
|
|
гидродинамическое давление, |
цилиндра |
|
|
|
|
отношение диаметра |
делительного |
|
R с, |
|
|
червяка к осевому модулю червяка; |
|
|
Ri — радиусы окружностей выступов и впадин зуб |
|||||
R г |
|
чатых колес; |
на обработанной поверх |
||
— высота неровностей |
|||||
г, го* |
|
|
ности; |
|
|
гд — коэффициент асимметрии цикла, радиусы основ |
|||||
|
|
|
ной и делительной окружностей зубчатых |
||
г, |
|
|
колес; |
|
|
гх — радиусы резьбы наружный и внутренний; |
|||||
S0, Si, |
S2 — силы начального натяжения ремня, натяжения |
||||
|
|
|
ведущей ветви, натяжения ведомой ветви цеп |
||
|
|
|
ной или ременной передачи; |
|
|
|
s — подъем винтовой линии за один оборот (шаг |
||||
|
гр |
( |
винтовой линии); |
|
|
|
кинетическая энергия, |
|
|||
|
t |
( |
период цикла; |
|
|
|
— шаг зубьев, профиля, звеньев цепи; |
|
|||
|
f |
— температура; |
|
|
|
|
и — число сателлитов; |
|
|
||
w, J число степеней свободы,
) момент сопротивления изгибу; Wp — момент сопротивления кручению;
w — линейное ускорение;
X — показатель степени кривой выносливости;
I' |
коэффициент формы зуба, |
у / |
линейная мера непараллельности осей, |
( |
цапфы и подшипника; |
у 3 — коэффициент формы зуба эквивалентного пря мозубого колеса;
г— число зубьев, число заходов резьбы, число клиновых ремней, число тел качения, число винтов;
—число зубьев эквивалентного прямозубого ко леса;
6 |
С |
угол зацепления, |
а I |
угол профиля резьбы, |
|
|
I |
угол обхвата ремнем; |
ар — угол профиля реечного зуборезного инстру мента;
а„, a s — углы профиля реечного зуборезного инстру мента в сечении, нормальном направлению зуба, и в торцовом сечении (для прямозубых колес совпадают); угол конуса кольца подшипника качения,
угол профиля канавки шкива клиноременной передачи,
ßкоэффициент полноты резьбы,
коэффициент перевода механических единиц в тепловые;
ßd> ßo — угол наклона зуба на делительном и основном
/ |
цилиндрах; |
угол давления, |
|
J |
число пассивных связей, |
У I |
корректирующий коэффициент, учитывающий |
I |
ослабление зуба вследствие износа; |
А, Ѵсі Ѵд — зазор и натяг по справочнику и действительный в цилиндрическом соединении; _
( относительное удлинение,
|
|
б |
коэффициент неравномерности хода, |
||
|
|
( |
знак ширины поля допуска; |
|
|
|
|
( |
угловое ускорение, |
|
|
|
|
е г |
линейная деформация, |
|
|
|
|
( |
коэффициент перекрытия; |
|
|
|
еі >еѵ>ек — торцовый коэффициент перекрытия, коэффи |
||||
|
|
|
циенты упругого и кинематического сколь |
||
|
|
|
жения; |
|
|
|
|
г) — коэффициент полезного действия; |
|
||
|
|
0 ( |
полярный угол профиля кулачка, |
|
|
|
|
( |
угол закручивания |
прутка; |
|
|
|
I |
коэффициент теплоотдачи, |
|
|
|
|
( |
коэффициент тяги ремня; |
|
|
|
|
( |
угол подъема винтовой линии, |
|
|
|
|
Я { |
упругое удлинение (укорочение) деформируе- |
||
|
|
( |
мого элемента; |
|
|
|
|
I |
динамический коэффициент вязкости, |
||
|
|
( |
коэффициент Пуассона; |
формуле для |
|
|
|
V — геометрический коэффициент в |
|||
|
|
|
контактного напряжения; |
|
|
|
|
1 — коэффициент коррекции; |
|
||
|
|
|
радиус кривизны, |
|
|
|
|
|
приведенный радиус кривизны, |
|
|
|
|
|
угол трения; |
|
|
о, {о}, [сг], Ор, 0 |
Ро, рс — углы трения покоя и трения скольжения; |
||||
ц, ок, |
0 Э— напряжение нормальное, предельное, допускае |
||||
|
{ |
|
|
||
|
|
|
мое, растяжения, изгиба, контактное (поверх |
||
0 ,іч, 0 Х, 0 _і, |
|
ностное), эквивалентное; |
выносливости |
||
0 о — предел прочности, |
текучести, |
||||
|
|
|
при симметричном цикле нагружения и при |
||
|
|
|
пульсирующем цикле нагружения; |
||
jвремя,
\касательное напряжение;
Тер» тк, [т] — напряжение среза, кручения и допускае мое;
( угловая координата положения звена, Ф I угол поворота,
\угол при вершине конуса;
%— относительный эксцентриситет подшипника скольжения;
7
|
относительный диаметральный зазор, |
|
относительное сужение сечения, |
|
коэффициент неравномерности распределения |
|
нагрузки по зубьям зубчатого (шлицевого) |
Ь> VA’ ^L’ |
соединения, угловая координата; |
- относительная ширина зубчатого колеса (по от |
а - со -
ношению: к диаметру шестерни, к межцентрово му расстоянию, к среднему конусному расстоя нию, к модулю); свободная поверхность охлаждения; угловая скорость.
ВВЕДЕНИЕ
Материальное могущество современного человечества заключено в технике— в машинах, аппаратах и приборах, выполняющих весьма разнообразную полезную работу. Все эти технические устройства используют различные силы природы, заставляя их служить обществу. Каждое такое устройство в зависимости от выполняемых функций состоит из различных частей, например электрической и оптической, камеры сгорания, теплообменника и т. п. Практически все машины и аппараты имеют механическую часть, которая нередко оказывается самой громоздкой, тяжелой и дорогой.
В свою очередь, механическая часть подразделяется на несущую конструкцию, представляющую собой раму, каркас или корпус, и совокупность движущихся тел, связанных определенным образом между собой и с несущей конструкцией. Иногда устройство может совсем не иметь подвижных тел, однако гораздо чаще обойтись без них не удается.
Самую большую группу образуют машины, целиком состоящие из одной только механической части, — назовем их «механическими», выполняющие полезную механическую работу. В этих машинах не происходит преобразования одного вида энергии в другой, а только совершается перенос механической энергии от одного тела к другому. К этой группе относятся транспортные машины и бесчисленное мно жество технологических машин и автоматов (станков, прессов, молотов, ткацких, полиграфических и прочих машин), сюда же можно отнести насосы, вентиляторы, различные приборы, часы и т. д.
Но и большинство других, «немеханических», машин имеет меха ническую часть, которая, если рассматривать ее изолированно, тоже относится к группе механических машин. Таковы комплексы статорротор тепловых и электрических машин, затвор фотоаппарата, тепло вые и электрические измерительные приборы, лентопротяжные меха низмы, электровыключатели и т. д.
В механических машинах в качестве рабочих тел могут использо ваться жидкости и газы. Примерами служат гидропередачи, гидравли ческие прессы, пневматические машины и т. п. Однако самую много численную группу механических машин образуют такие, которые построены из одних только твердых тел. Машины, в которых не про исходит преобразования энергии, предназначенные для выполнения
9