Схема механизма подъема тележки мостового крана

Конспект лекций

по курсу “ Детали машин”

                                                      

 

 

                                                                     Выполнили:

                                    студенты группы 02-ОД-1

                                          Гагушин С.С.                            

Дыдыкин А. А.

Крупкин А.А.

Кузовёнков А. Н.                                    

                                                                           Преподаватель:

                                                                        Вавилов Ю. Н.

 

 

Нижний Новгород

2005

ДЕТАТИ МАШИН

(Основы проектирования машин)

 

Проектирование - творческий процесс создания машины в виде технической документации.

Этапы проектирования

 

1) Техническое задание (Составляется заказчиком): Техническая характеристика машины и пожелания заказчика.

2) Техническое предложение: Поиск идей и путей их реализации, оценка вариантов и выбор из них достойного или достойных.

3) Эскизный проект: Находятся геометрические размеры машины на основе расчетов, выполняется схематичный чертеж - Компоновка.

4) Технический проект: Разработка чертежей общего вида и сборочных единиц, выполняется уточняющие расчеты.

5) Рабочая документация: Представляется расчетно-пояснительная записка и рабочие чертежи.

 

Машина - устройство, выполняющее механическое движение для преобразования энергии материалов и формаций в целях физического или умственного труда человека.

Машины бывают:

1) Энергетические

2) Информационные 

3) Рабочие.

Рабочая машина предназначена для преобразования свойств, формы и положения в пространстве материальных тел. Они делятся на технологические и транспортные (транспортирующие).

 Технологические - изменение свойств, формы.

Транспортные - изменение положения тел.

 

 

Деталь - изделие, изготовленное из одноименного по наименованию и марки материала без применения сборочной единицы. Бывают общие и специальные.

Общие -детали использующиеся в широком классе машин(детали соединений, детали механических передач).

Сборочная единица-изделие изготовленное из 2-х и более деталей с применением сборочных операций (УЗЕЛ).

Общие - подшипники общего применения, муфты.

 

 

Схема механизма подъема тележки мостового крана

Гистограмма нагружения

 

 

Конструирование - творческий процесс перехода от расчетной схемы или модели к изображению реального изделия.

 

 

Требования предъявляемые к деталям

1.Работоспособность- это свойство детали выполнять функции заданные в машине.

2.Надежность- это свойство детали выполнять в течении заданного времени или наработки свои функции сохраняя в заданных пределах эксплутационные показатели.

Характеризуется 3-мя показателями:

-вероятность безотказной работы

-заданным сроком службы или ресурсом

-ремонтопригодностью

3.экономичность - свойство детали, при котором себестоимость и эксплутационные показатели обеспечивают конкурентоспособность.

4.Эргономичность - свойство детали характерная приспособленность ее к человеку.

5.Технологичность - свойство детали, проявляющееся в возможности использования для изготовления эффективных технологий и оборудования.

6.Унификация - способ создания на базе исходной модели ряда производных изделий или машин.

7.Стандартизация-установление и применение правил с целью упорядочивания деятельности в определенной области.

8.Экологичность

Качество - это объективное свойство продукции удовлетворять потребности в соответствии с назначением.

К=Р+Т+Н+ЭК+ЭС+ППП

Р- работоспособность

Т- технологичность

Н- надежность

ЭК- экономичность

ЭС- эстетичность

ППП- правовой патентный показатель

Количественной оценкой свойств является показатель качества. Конструктор должен обеспечить работоспособность, технологичность и надежность.

 

Работоспособность

 

(G,τ) = (F,M)/(A,W) ≤ [σ,τ] = (σ,τ)пр.дет/[Ѕσ,Ѕτ] – показатели прочности

 

1.Условие прочности при растяжении σ = F/A ≤ [σ]

2.Условие причности при изгибе      σn = M/Wx ≤ [σn] Wx=πd^3/12

 

Свойства	Показатели	Вал	Шпонка	Гайка(домкрата)	Гайка
Прочность	(σ,τ)≤[σ,τ] σn≤σнр(допускаемое контактное напряжение)	+	+	+	+
Жесткость	y≤[y] α≤[α] φ≤[φ]	+	-	-	-
Износостойкость	p≤[p]	+/-	+/-	+	-
Теплостойкость	Δlt≤[Δlt] tn≤[tn]	-	-	-	-
Вибростойкость	ƒ< >ω A≤[A]	+/-	-	-	-

Каждая деталь индивидуальна и обладает определенным набором свойств, за обеспечением этих свойств стоят конкретные расчеты на прочность, износостойкость и т.д.

3.Условие прочности при кручении. τ = T/Wo ≤ [τ] Wo=πd^3/16

4.Условие прочности при срезе        τ = F/A ≤ [τ]   

5.Условие прочности при смятии    σсм = F/A ≤ [σ]см

(σ, τ)- расчетные напряжения

F,M- нагрузка

A,W- геометрические характеристики опасного сечения

[σ, τ]- допускаемые напряжения

 

 

Прочность-свойство детали противостоять объемному разрушению(поломке), необратимому изменению формы и разрушению поверхности.

 

[Ѕσ,Ѕτ]- коэффициент запаса прочности.

 

Если (σ, τ) >> (σв, τв) произойдет поломка детали

Если (σ, τ) >> (σт, τт) произойдет необратимая деформация

Если (σ, τ) >> (σсм)пр произойдет разрушение поверхности

 

Контактные напряжения возникают в зоне контакта двух криволинейных поверхностей(зубчатые передачи, фрикционные передачи, подшипники качения).

 

Материал имеет линейную упругость.

Поверхности идеальны.

Диски не вращаются.

                                                                             Закон

σн =Ζм                                                                Герца

 

Zм – коэффициент, учитывающий свойство материала.

Zм = f (Е1, Е2,µ1, μ2 )

 ώn - удельная нормальная сила.

                   F - сила

ώn =                   B – длина контактной линии

 

ρпр – приведенный радиус кривизны

                                                                  - радиусы         + внешнее зацепление

                                                                  - кривизны   - внутреннее зацепление        

σн – контактное напряжение.

 

Контактное напряжение в работе зубчатых колес приводят к появлению усталостных трещин, а они в свою очередь развиваясь приводят к разрушению поверхностного слоя ( 

 

Жесткость – свойство детали противостоять упругим деформациям.

                                                                                 

у – прогиб.

                                                     - условия жесткости

                                                     - условия жесткости подшипника

                                          - допустимый угол перекоса

                                          - угол закручивания.

 

Износостойкость – свойство детали противостоять процессу изнашивания поверхности.

 

Износ зависит от давления, от свойств материала, шероховатости поверхности, наличия смазки. Самое главное – идеальное давление.

 

Условие износостойкости

Теплостойкость – способность детали противостоять воздействию высоких и низких температур.

                                                                                             

 

                                                                                 

Вибростойкость – свойство изделия противостоять воздействию колебаний.

 

                                                                                                                     

 

 

Соединения

Соединениями называют неподвижные связи в технике. В состав соединения 2 и более детали и соединительный элемент. Исключения составляют прессовые соединения и профильные соединения.

 

           

Соединения подразделяют на:

 

Разъемные     Неразъемные          Комбинированные

1.Резьбовые         1. Заклепочные                 1. Клее- резьбовые                                      

2. Шпоночные      2. Сварные                       2. Клее- сварочные                                     

3. Шлицевые         3. Паянные                       3. Клее- заклепочные                                 

4. Штифтовые       4. Клеевые                                                               

                              5. Прессовые

 

прочностные соединения                                  прочность + герметичность

 

Сварные соединения

 

Сварные соединения – это соединения основанные на взаимно-силового межмолекулярного сцепления полученные путем местного расплавления детали до получения неразъемного соединения.

Преимущества и недостатки

                   Преимущества:

--- существенная экономия по сравнению с клепанными и     конструкциями

---малая трудоемкость процесса

---низкая стоимость оборудования

---возможность автоматизации

                   Недостатки:

---нестабильность качества

 

Классификация

 а) По взаимному расположению различают:

б) По конструкции сварного шва:

--- стыковой (рис.1)

--- валиковый или угловой (рис.4)

--- пробочный шов

-- проплавной (рис.6)

 

       К= П + Ж +Т +ЭК + ЭС

качество             

в) По расположению шва относительно действия силы

Допускаемые напряжения

 

 

Основные понятия о паянных и клеевых соединениях

Паяные соединения:

Паяные соединения – это неразъемные соединения, обеспечиваемые силами молекулярного взаимодействия между соединениями, деталями и припоем.

Припой – это сплав или Ме, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Отличие от сварки – отсутствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей.

       Связь в паянном шве основана на:

- растворении Ме деталей в расплавленном припое.

- взаимной диффузии элементов припоя и Ме соединении деталей

- бездиффузионной атомной связи

Процесс пайки состоит из операций:

- прогрева соединяемых поверхностей, расплавления припоя, растекания припоя, заполнение шва, охлаждения, кристаллизации.

Пайкой соединяют однородные и разнородные материалы: черные и цветные Ме, керамику, стекло и т.д.

Резьбовые соединения

1. Преимущества и недостатки

 

Достоинства:

- возможность образовывать подвижные и неподвижные соединения

- легкость преобразования вращательного движения в поступательное

- возможность обеспечения при малых вращающих моментах больших осевых нагрузок

- возможность получения самотормозящих и несамотормозящих соединений

-взаимозаменяемость

-удобные формы и малые габариты

-простота и возможность точного изготовления  

 

Недостатки:

-низкий КПД

-неравномерность распределения нагрузки между витками резбы

 

2.Детали резбовых соединений(болт, винт, шпилька, шайба, шплинт, гайка)

Резбовыми соединениями называют разъемные соединения деталей с помощью резбы или резбовыми крепежными деталями- винтами, болтами, шпильками, гайками и т.д.

 

 

 

Болты с шестигранной головкой класса точности в ГОСТ 7798-70

 

Силы и моменты в резбе.

 

Условие прочности при затяжке гаек.

 

 

При сборке стандартными гаечными ключами L=14d рабочий создает осевую силу на оси винта.

а) для резбы без покрытия F=70Fp

б)для резбы с покрытием А=100Fp

Допустимое [Fp]=200…300H

Итак,

а) F=14000…21000H

б)F=20000…30000H

Примем резбу М10 (d1=8,376мм), тогда

σэкв=1,3(14000…21000)/π(8,376)^2=330..495 МПа

При классе точности 5-8 σт = 400 МПа

Вывод: при затяжке болтов М10-М12 необходим контроль затяжки

Эксцентричное приложение нагрузки.

 

 

Опорные поверхности гаек и болтов ставят на взаимоперпендикулярные поверхности, ось должна быть перпендикулярна этим поверхностям.

 

Высота гайки из условия равнопрочности резбы на срез, а стержня на растяжение.

 

Кр- коэффициент полноты резьбы                   Н=0,5d

 

Кн=0,6    Глубина завинчивания в глухое отверстие.

Кр=0,87

 

Распределение нагрузки по виткам резьбы.

Наибольшая неравномерность распределения нагрузки возникает если болт растягивается, а гайка сжимается, наименьшая неравномерность, если и гайка и болт растягиваются.

 

 

Групповые болтовые соединения

1.Допущения и ограничения

-все болты одинаковы и равнозатянуты

-поверхность стыка имеют 2 оси симметрии.

Оси симметрии стыка совпадают с осью симметрии резбовых элементов.

- в расчете используется гипотеза плоских сечений

2.Внешние силы и моменты.

Условия работоспособности соединения.

 

3.На соединения действует только силы Fx, Fy и Mz.

 

а) Болты поставлены в отверстие с зазором.

 

 

Достоинства: Простота изготовления

Недостатки: Значительные элементы резбовых элементов.

 

б) Болты поставленные в отверстие без зазора.

 

                                                                             

 

Достоинства: Меньшие размеры

Недостатки: Дороговизна

 

 

 

4. Расчет для общей схемы нагружения (F_z, M_x, M_y, F_сдв) по условию предотвращения сдвига.

 

Принято считать, что момент M_x и M_y не влияют на сдвиг.

 

F_з при наличии зазоров находится по формуле

(15)

i – число поверхностей трения;

Сила затяжки F_з из условия предотвращения сдвига:

+  если F_з  растягивает стык;

-   если F_з  сжимает стык.

 

5. Соединение нагружено только отрывающей нагрузкой.

F_z, M_x, M_y влияют на раскрытие стыка

 

1. Находим нагрузку, которая действует на самый нагруженный болт.

 

Условие нераскрытия стыка:

, если

;

.

 

1.1 , z – число болтов

1.2

       1) ;

       2) : .

 

                                      (16)

1.3             (17)

Например:

 

2. Необходимая сила затяжки без учета влияние упругости болта и стыка.

F_з находится из условия нераскрытия стыка.

Условие:    

            

 - площадь стыка;

k – коэффициент запаса

(18)

сила затяжки из условия предотвращения не раскрытия стыка.

Влияние упругости болта и стыка на величину F_з  и F_б

F_б   - сила, действующая на болт осевая сила      

                                         

             - внешняя полезная сила

 

 

 

 

Диаграмма Бабарыкова- Сидорода.

 

 перераспределяется между стыком и болтом.

Вызывает удлинение болта ∆ δ

компенсирует ослабление стыка ∆  у

 

(19)

(20)

 

С учетом упругости уточняем формулу (18):

 

Влияние  на работу детали соединения

 - податливость стыка болта

 и - рассчитываются по специальным методикам (смотри литературу)

При работе на циклических нагрузках рекомендуется увеличивать податливость болта и повышать жесткость стыка.

 

Клеммовые соединения

Клеммовые соединения – это соединения обеспечивающиеся силами трения, которые в свою очередь возникают в результате усилия в болтах.

 

           

1. , >                                                                                                                                                  =                                                                 =	1.    >
Рекомендуемая посадка: =
2.	2.
Рекомендуемая посадка:
3. + M            - первый случай

Преимущества и недостатки:

(самостоятельная подготовка студентами)

 

Передачи

Передача – техническое устройство, предназначенное для передачи энергии с одновременным изменением сил, моментов, скоростей и закона движения.

Структура рабочей машины:

 

 орган

Редуктор – устройство, предназначенное для передачи энергии механической с уменьшением частоты вращения и увеличением момента

 

По способу передачи движения классифицируют:

1. Передачи зацепления (зубчатые, цепные, винтовые)
2. Передачи трения (ременные, фрикционные)

 

Зубчатые передачи

Достоинства:

 

• Высокая нагрузочкая способность и как следствие малые габариты
• Высокий КПД (0,97-0,98)
• Надежность
• Постоянство пердаточного отношения
• Возможность использования для передачи как больших, так и малых мощносей
• Возможность применения в широком диапазоне моментов, скростей и передаточных отношений

 

Недостатки:

 

• Шум и вибрации
• Отсутствие предохранения от поломки
• Дискретность передаточного отношения
• Сложность изготовления

 

Классификация:

1. По форме колес:

· Цилиндрические

· Конические

· Червячные

1. По направлению зуба:

· Прямозубые

· Косозубые

· Шевронные

1. По профилю зуба:

· Эвольвентные

· Циклоидальные

· Профиль Новикова

1. По расположению центров колес по отношению к полюсу:

· Внешнее

· Внутреннее

5. По расположению осей:

· Параллельное

· Перпендикулярное

· Скрещивающееся

6. По окружной скорости:

· Тихоходные 1,5 - 3 м/c

· Среднескоростные 3 - 15 м/c

· Скоростные >15 м/c

1. По характеру установки в приводе:

· Открытые 15%

· Закрытые 85% (работает в масле)

 

Все типы передач используются, если цилиндрическая передача не работает.

 

Материалы зубчатых колес

Мягкие колеса НВ до 350 – отпуск, нормализация

+ можно нарезать зуб по термообработки

- низкая твердость приводит к увеличению размеров

ОП единичное и мелкосерийное производство при отсутствии жестких требований к габаритам

 

Твердые колеса HRC > 350

+ меньшие габариты

- дороже конструкция

1. Нарезка

2. Закалка

3. Деформация

4. Шлифовка (очистка)

 

ОРП крупносерийное и массовое производство, жесткие требования к габаритам.

Т. к. зубья шестерни чаще входят в зацепление с зубьями колеса (), то для обеспечения равнопрочности по усталостному разрушению твердость шестерни должна быть больше, чем твердость колеса.

НВ₁(HRC₁) – шестерня

НВ₂(HRC₂) – колесо

Мягкие: НВ₁ - НВ₂=20…30 - прямозубые

     НВ₁ - НВ₂=100…200 – косозубые

Твердые:

Лекция № 6

н – символ контактной прочности

F – символ прочности на изгиб

 – шестерня

 – колесо

- прямозубые

– косозубые

 

Расчетная нагрузка

Расчетная нагрузка складывается из следующих составных частей:

 

1. Номинальная (основная нагрузка машины):

• В виде мощности
• В виде момента
• В виде окружной силы

2. Дополнительная нагрузка в следствие неравномерного распределения полезной нагрузки по длине контактных линий.

Аналогично валу на  влияет податливость подшипников и корпуса.

 

При прочих равных условиях, чем шире колесо, тем выше концентрация нагрузки. Количественной оценкой ширины является коэффициент ширины:

 - осевому расстоянию

 - по диаметру

 - по модулю

 

Пути снижения :

1. Замена несимметричности симметричным расположением
2. Повышение точности
3. Обеспечение жесткости валов, опор подшипников
4. Подбор прирабатывающихся пар
•  и 350,  и
•  и
5. Для каленых колес рекомендуется бочкообразный зуб
6. Снятие фаски

Фаска до делительной окружности

 

3.Дополнительная динамическая нагрузка

 

 - динамическая добавка

 

 

серединный удар

 

 

 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями, вызванными погрешностью изготовления.

 

- коэффициент, учитывающий дополнительную нагрузку, не учтенную графиком нагрузки

=

 

 - коэффициент нагрузки.

 

Лекция № 8

 

Реечная передача

 

 

Преимущества и недостатки.

 

 

Кинематика рейки.

 

        

- в мм; - мин^-1

Если задан угол поворота рейки , то перемещение рейки будет находиться из выражения:  - ход рейки.

Если задан ход рейки , то необходимо найти количество оборотов шестерни:       .

 

 

Особенности расчёта на выносливость.

 

                   (радиус кривизны рейки)

Ставится только знак «+», зацепление внешнее.

Подставим формулу Герца

 - предотвращает выкрашивание

В проектировочном расчёте вводят:

     

    

          

Подбираем .

Рекомендация по .

Находим модуль: ,  по ГОСТ.

Рассчитываем  (напряжения в ножке зуба шестерни больше, т.к. ножка зуба тоньше).

Ситуация: если  - увеличить модуль, увеличить диаметр, положительное смещение, увеличить угол, увеличить ширину шестерни.

Перегрузка – см. прямозубые передачи.

 

 

Конические передачи.

 

Преимущества и недостатки.

Достоинства:

- передача вращения между пересекающимися осями;

 

Недостатки:

- Габариты и масса конической передачи больше соответствующих величин цилиндрической передачи;

- Трудность сборки

- Сложность изготовления.

 

Геометрические параметры.

 

За счёт прокладок регулируют зазор для совпадения конусов.

 

- внешнее конусное расстояние

- среднее конусное расстояние

- ширина

- внешний окружной модуль

- средний окружной модуль

- средний нормальный модуль (ГОСТ)

 

     

 

 

Для прямозубых конических колёс стандартным является внешний окружной модуль . В передачах с круговым и тангенциальным зубом - .

 

Форма зуба конических передач.

 

Форма I                            Форма II                           Форма III

 

                                                         

- число зубьев плоского колеса

 

 

Передаточное число.

 

              

 

По ГОСТ стандартными являются параметры: u, b, d_e2 по ряду (Ra20).

 

Замена коническо