Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения»


Скачать 163.86 Kb.
НазваниеЛекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения»
Дата публикации14.11.2013
Размер163.86 Kb.
ТипЛекция
vb2.userdocs.ru > Математика > Лекция
Лекция № 1, 2.

1. Общие сведения о курсе «Основы машиноведения».
Курс базируется на дисциплинах «Технология металлов», «Теоретическая механика», «Материаловедение», «Сопромат», «Основы взаимозаменяемости», и все это базируется на курсах физики и математики.

Вы теперь можете представить насколько объемный по материалу и сложный по содержанию курс «Основы машиноведения». Но может возникнуть вопрос: а зачем нам изучать этот курс.

Приведем несколько примеров. Человек без применения техники может длительно развивать мощность не более 0,1 квт, нести груз до 50 кг и передвигаться со скоростью до 5 км/ч. Применение же машин обеспечивает многократное повышение производительности труда человека, позволяет осуществлять операции, невозможные без машин. В частности, грузоподъемность кранов сейчас достигает до 1 тыс. тонн, мощность турбин доходит до 1,5 млн. квт и т. п. Один экскаватор может заменить до тысячи человек. Ряд процессов вообще не мыслим без применения машин. Попробуйте за 1,5 часа добраться до Москвы, слетать в космос, опуститься на дно океана, изготовить стальной прокат и т.д. без применения машин. Машины настолько вошли в нашу жизнь, что трудно найти предмет. который был бы изготовлен и доставлен к нам без применения машин. Без использования машин в настоящее время немыслимо представить развитие общества. Машиностроение является основой развития общественного производства. Только в результате насыщения всех отраслей народного хозяйства высокопроизводительными машинами, внедрение комплексной механизации и автоматизации производства можно добиться такого повышения производительности труда и расширения выпуска продукции, чтобы удовлетворить материальные и культурные потребности общества. Решающая роль в техническом перевооружении народного хозяйства отводится машиностроению и в частности вопросам создания машин, которые по своим технико-экономическим и эксплуатационным показателям должны быть на уровне новейших достижений отечественной и мировой науки и техники. Создаваемые машины должны быть надежными в работе, дешевыми в производстве и удобными в эксплуатации. Любая машина состоит из деталей и узлов, конструирование и расчет которых изучается в курсе «Основы машиноведения». Еще раз подчеркнем, что любая машина состоит из отдельных конструктивных узлов, называемых сборочными единицами, которые в свою очередь состоят из различных деталей. Деталь является такой частью машины, которая изготавливается без сборочных операций из однородного материала. Среди большого количества разнообразных деталей и узлов машин можно выделить такие, которые встречаются почти во всех машинах (болты, валы, шпонки, шестерни и т.д.). Эти детали называют деталями общего пользования, именно они изучаются в курсе ОМ.

Рассчитать, конструировать и изготовить детали, отвечающие необходимым требованиям и, следовательно, создать современную машину, можно только глубоко изучив вопросы теории, конструирования и расчета деталей. Инженер-конструктор, инженер-менеджер должен обладать глубокими прочными знаниями и иметь широкую эрудицию в разнообразных вопросах машиностроения. Отсюда следует, что без изучения курса «Основы машиноведения» невозможно ни дальнейшее изучение специальных дисциплин, ни конструирование машин.

Немного истории. В настоящее время исследованиями в области деталей машин занимаются крупнейшие научно-исследовательские институты, многие кафедры высших учебных заведений и передовые машиностроительные институты. В нашем университете исследованием цепных и зубчатых передач надежности ДМ занимается наша кафедра. При кафедре была создана лаборатория надежности узлов и деталей бумагоделательного оборудования, занимающаяся вопросами повышения надежности и долговечности бумагоделательного оборудования. В университете имеется известная за пределами нашей страны лаборатория спироидных передач – один из видов передачи зацепления. Вопросами создания волновых и планетарных передач занимается кафедра ТММ. Кафедра «Проектирование машин и механизмов» занимается вопросами создания пружин и т.д. При выполнении дипломных проектов многие из вас также примут участие в исследовательских работах по совершенствованию методов расчета, созданию новых конструкций и т.д. При желании многие могут включаться в эту работу.
^ Тема 1. Основы конструирования и расчета ДМ. Основные этапы конструирования машин.
Проектируемая машина должна удовлетворять тем требованиям, которые предъявляются техническим условием. При этом она должна обладать высокой производительностью, иметь низкую стоимость, определенные весовые характеристики, быть долговечной и надежной, простой в эксплуатации и т.д. Поэтому конструирование машин весьма сложный комплексный творческий процесс, включающий:

1. установление, обоснование принципов действия и режимов работы создаваемой машины (изучение аналогов, прототипов, японский опыт);

2. разработку общей схемы машины и всех ее частей, наилучшим образом удовлетворяющей эксплуатационным требованиям;

3. выяснение нагрузок, действующих на элементы детали машин и характера их изменения во времени (силовой анализ машины). Нагрузки бывают постоянные и переменные;

4. выбор материалов для изготовления деталей машин (например, деревянный корпус редуктора);

5. назначение технологии изготовления деталей.

Выполнение всех необходимых расчетов: общих, кинематических, динамических, прочностных, вероятностных, экономических и специальных. Определение размеров деталей.

В связи с тем, что в ОМ изучаются только детали общего назначения, этот процесс у нас в основном сведется к конструкциям деталей, к выяснению нагрузок, действующих уже на готовые детали, и расчет деталей по одному или нескольким характерным критериям, обеспечивающим работоспособность деталей.

Что касается конструирования, то на этом этапе обычно определяется форма и вид детали от ее назначения. Скажем, если надо передать вращение с одного вала на другой, то в зависимости от условий работы мы можем взять или зубчатое колесо, или шкивы с ремнем и т.д. Если соединить две детали, то можно воспользоваться или крепежными деталями, или заклепками, или получить их сваркой. Что касается следующих этапов, то о них следует сказать несколько подробнее.
Основные критерии работоспособности ДМ.
Работоспособность ДМ определяется следующими критериями:

1. прочностью;

2. жесткостью и устойчивостью;

3. износостойкостью;

4. теплостойкостью;

5. виброустойчивостью машин.

Специальные свойства:

1.коррозионная стойкость;

2. транспортабельность;

3. снижение веса;

4. использование соответствующих материалов;

5. простота изготовления и технологичность.

Это основные критерии, есть еще и специфические, предъявляемые к определенным видам деталей.

Значение того или иного критерия для конкретной детали определяется назначением и условием ее работы. В связи с этим по одному или по нескольким сразу из этих критериев проводят расчет, цель которого – определение минимальных размеров и материалов деталей.

Прочность – способность детали выполнять свои функции, не разрушаясь или сопротивляться общим пластическим деформациям, является главным критерием для большинства деталей машин. Поломка деталей машин приводит не только к простоям, но может привести и к авариям. Например, поломка шарика и сепаратора подшипника качения шасси самолета.

Следует различать разрушение деталей от статически действующих нагрузок и переменных во времени нагрузок (усталость металлов), а также от контактных напряжений (движение трамвайных, тепловозных, вагонных колес по рельсам).

Основы расчета на прочность изучаются в курсе сопротивления материалов. Скажем кратко, что для того чтобы деталь не разрушалась, возникающие в ней напряжения должны быть меньше допускаемых. Однако если в курсе сопротивления материалов даются уже готовые схемы для расчета, и вы совершенно не задумывались каким же образом выбрать допускаемые напряжения, то в курсе ОМ основное внимание уделяется выбору расчетных схем и запасов прочности деталей и конструкций, на чем мы подробнее остановимся ниже.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы. Часто в практике окончательным расчетом является расчет на жесткость. Расчет на жесткость – расчет на предельно допустимые деформации. Особенно часто этот расчет выполняется для высокопрочных сталей. На жесткость, а именно на предельный изгиб, рассчитываются такие детали как винты домкратов, ходовые винты токарных станков, пружины, работающие на сжатие, на предельные прогибы, подкрановые балки, червяки в червячных редукторах и т.д. В дальнейшем мы будем заниматься расчетами на жесткость не в общем, а лишь для конкретных деталей.

Износостойкость – способность деталей сохранять свои размеры, то есть сопротивляться износу. В подавляющем большинстве случаев выход из строя деталей при обеспечении их прочности и жесткости связан с износом. Износ является результатом действия контактных напряжений или напряжений смятия при наличии скольжения. Интенсивность износа зависит от величины напряжений и скорости скольжения, а также от коэффициента трения и износостойкости материала. Износ деталей также не должен превышать определенной величины, допустимой для данной машины.
^ Машиностроительные материалы и их выбор.
Выбор материала является весьма ответственным фактором при конструировании. Он должен производиться с полным знанием свойств различных материалов и требований, предъявляемых к ним условиям работы и изготовления данной детали. В настоящее время в машиностроении применяют стали, чугуны, различные сплавы цветных металлов, металлокерамические и неметаллические материалы. В последнее время особенно большое распространение получают пластические массы, композиционные материалы и порошковые материалы с металлическими материалами, обладающие следующими преимуществами: малый удельный вес, достаточно высокие механические свойства, высокая химическая стойкость, широкий диапазон коэффициента трения, хорошая прирабатываемость и т.д. Существенным недостатком пластмасс является их низкий модуль упругости, холодная ползучесть и старение. При применении пластмасс трудоемкость изготовления уменьшается в 5-6 раз, а себестоимость в 2-6 раз по сравнению с черными металлами. Состав и свойства большинства материалов регламентируются стандартами.

Основные пути экономии металла:

1. изготовление точных заготовок;

2. применение экономичных облегченных профилей проката (уголок, двутавр, швеллер);

3. выбор оптимальных материалов термической обработки;

4. использование методов поверхностного упрочнения металлов (метод К и Б);

5. применение модифицированных высокопрочных чугунов;

6. применение деталей из неметаллических материалов;

7. усовершенствование конструктивной формы деталей;

8. уточнение расчетов и снижение коэффициента запаса прочности.

Надежность деталей машин.
За последнее время на пути технологического прогресса остро возникла проблема обеспечения высокой надежности устройств и систем, состоящих из большого числа элементов. Нарушение работы или выход из строя какого-нибудь одного механизма или прибора может привести к нарушению режима работы, остановке целой производственной линии, цеха или всего предприятия или к большим авариям. Так, в США в 1965 г. произошла исключительная по масштабам авария, оставившая население в 40 млн. человек без света и электротранспорта в течение 10 часов. Причиной аварии был выход из строя одного реле на распределительном щите одной из гидроэлектростанций. Или авария в Ижевске в районе буммаша, когда из-за выхода из строя прокладки на трубопроводе без тепла остался микрорайон, что чуть-чуть не привело к размораживанию всей отопительной системы.

Стандартизация.

Стандартизация имеет огромное значение в народном хозяйстве и, в частности, в машиностроении. Стандартизация – это обеспечение единообразия и качества продукции введением специальных, обязательных для применения нормативных документов – стандартов.

^ ЛЕКЦИИ №3, 4.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.
Модели формы.
Геометрическая форма элементов конструкций обычно весьма сложна. Например: вал редуктора, зубчатое колесо и т.д. (рисунок 1).







Точный учет геометрических особенностей детали невозможен и нецелесообразен. Поэтому на практике вводят упрощение в геометрию детали и для расчета на прочность приводят схему стержня или его называют брусом.

Рисунок 1 – Геометрическая форма элементов конструкций.
Итак, стержнем или брусом называется тело, поперечные размеры которого малы в сравнении с его длиной (рисунок 2).







Рисунок 2 – Стержень (брус).

^ Классификация нагрузок.
Конструкции и их элементы испытывают в процессе эксплуатации силовые воздействия от нагрузок, от изменения температуры и т.д.

Нагрузки по способу приложения бывают объемные (например, сила тяжести) и поверхностные (например, давление жидкости на стенки сосуда). Поверхностные нагрузки бывают распределенными.

По характеру изменения в процессе приложения нагрузки делятся на статические, динамические и повторно-переменные.

К статистическим относятся нагрузки, не меняющиеся по времени (например, нагрузка от собственного тела).

Динамические нагрузки меняют свое значение, положение и направление в короткие промежутки времени.

Повторно-переменные нагрузки многократно изменяются со временем, то есть изменяются очень часто и значение и знак. Разрушение материала под действием таких нагрузок называется усталостным (например, разрушение куска проволоки от многократного перегибания).
^ Напряжение в точке тела.
В расчетах на прочность важнейшую роль играет понятие напряжение». В международной системе единиц измерения (в системе СИ) оно выражается в паскалях 1Па = 1Н/м2. Однако эта единица мала и в технических расчетах используют мега паскаль 1МПа = 106 Па.
Напряжение при растяжении и сжатии.





трос

F
Растяжением или сжатием называется такой вид деформации, при котором в поперечном, то есть перпендикулярном к оси сечении бруса возникает только растягивающая или сжимающая сила.


ГРУЗ
Растяжение возникает, например, в тросе любого подъемника (рисунок 3), а на сжатие работает под действием собственного веса при отсутствии ветровой нагрузки сооружения башенного типа (например, останкинская башня).

Рисунок 3.
При растяжении в поперечном сечении стержня возникают напряжения, которые называются нормальными напряжениями и определяются по формуле , где F – сила [Н], А – площадь поперечного сечения стержня (бруса) [м2].
^ Механические испытания материалов при растяжении и сжатии.
В расчетах прочности стержней при растяжении и сжатии необходимо знать механические свойства материалов. Механические свойства материалов определяются экспериментальным путем – механическими испытаниями. Для испытания на растяжение изготовляют образцы обычно круглого сечения (рисунок 4):





Рисунок 4 – Образец для испытаний на растяжение.
Диаграммы растяжения имеют вид, представленный на рисунке 5, где Δе – абсолютное удлинение стержня.

Вторая диаграмма получается за счет закона Гука: , где

Е – модуль упругости для стальных деталей, Е = (2…2,2)*105 МПа;




Ε – деформация, определяется ε = (Δе/е)*100%.



Рисунок 5 – Диаграммы растяжения.
Различают пластичные и хрупкие материалы.

Под пластичностью понимается способность материала получать большие остаточные деформации без разрушения. Практически, стали являются пластичными материалами.

Под хрупкостью понимается способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций .

Чугуны являются хрупкими материалами,

σу – предел упругости;

σт – предел текучести;

σв – предел прочности (временное сопротивление).
^ Механические характеристики конструкционных материалов.


Материал

Напряжение, МПа

Модуль упругости Е*105 МПа

σв

σт

Сталь малоуглеродистая

330

250

2

Сталь углеродистая зак-ая

1050

1000

2

Чугун серый

300

280

0,7


Кручение.
Кручению подвергаются многие детали машин и сооружений: валы двигателей, станков, автомобилей и т.д.(рисунок 6).






Рисунок 6.

^ Эпюра крутящих моментов.
Крутящий момент в поперечном сечении вала численно равен алгебраической сумме внешних моментов, приложенных с одной стороны от рассматриваемого сечения.
^ Правило знаков.
Крутящий момент положительный, если внешний момент Т по часовой стрелке при взгляде от сечения к любому концу бруса. На нашем примере Т1 = 400Нм, Т2 = 900Нм, Т3 = 700Нм и Т4 = 200Нм. В сечении 1 – 1 Т = 0, в сечении 2 – 2 Т = Т1 = 400Нм, в сечении 3 – 3 Т = Т1 – Т2 = -500Нм, в сечении 4 – 4 Т = Т1 – Т2 + Т3 = 200Нм.
^ Расчет на прочность при кручении.
, где

Т – крутящий момент, [Нм];

Wp ≈ 0,2d3 – полярный момент сопротивления сечения [м3];

d – диаметр вала, [м];

τmax – максимальное касательное напряжение, [Па];

[τ]кр – допускаемое напряжение при кручении. Обычно назначают [τ]кр = (0,5…0,6)[σ]р.
^ Расчет на жесткость.
На работоспособность деталей машин существенное влияние оказывает их жесткость, то есть способность сопротивляться деформированию.

Расчет на жесткость ведут по формуле: φ ≤[φ],

где φ – угол закручивания в градусах;

[φ] – допускаемый угол закручивания, в градусах, для валов допускаемый угол закручивания на длине 1м принимается 0,30÷20.

; ,

где Jp – момент инерции, м4;

Jp = 0,1d4 – полярный момент инерции для круглых деталей;

G*Jp – жесткость сечения;

G – коэффициент пропорциональности, называется модулем сдвига, МПа;

r – радиус стержня круглого поперечного сечения.
Изгиб.
Изгибом называется такой вид деформации, когда под действием внешних сил в поперечных сечениях стержня (бруса) возникают изгибающие моменты. При этом ось из прямолинейной превращается в криволинейную (рисунок 7).



Рисунок 7.
Для того, чтобы воспринять нагрузку и передать ее на нижележащие конструкции, брус (балка) должен иметь опорные закрепления. Различают три основных типа опор:

1. Жесткое защемление (заделка), исключающее осевые и угловые смещения бруса и воспринимающие осевые силы и моментную нагрузку (рисунок 8).







Рисунок 8 – Жесткое защемление.



2. Шарнирно-неподвижная опора, которая допускает лишь угловое смещение (поворот вокруг собственной оси) и поэтому не воспринимает моментной нагрузки (рисунок 9).

Рисунок 9.
3. Шарнирно-подвижная опора, которая не допускает смещение бруса только в направлении одной из осей и поэтому передает нагрузки лишь в направлении этой оси (рисунок 10).







Рисунок 10.
Под действием внешних нагрузок в местах закрепления балки возникают опорные реакции. Опорные реакции находят из уравнений статики. Во избежание вычислительных ошибок найденные значения проверяют, составляя уравнение равновесия. Обычно контролем служит равенство нулю алгебраической суммы проекций всех сил на вертикальную ось (∑У = 0).




После этого определяют внутренние силовые факторы в поперечных сечениях балки, используя метод сечений (рисунок 11).






Рисунок 11.
Рассекаем балку на произвольном расстоянии Z от левой опоры. Здесь возникают внутренние силы Qу и изгибающий момент Мх.

∑У = 0;

VA - F1 – Qy = 0;

Qy = VA – F1;

∑MC = 0;

VA * Z – F1(Z - a) – Mx = 0;

Mx = VA * Z – F1(Z - a)/
^ Правила знаков.
Если внешняя сила стремится повернуть отсеченную часть балки по ходу часовой стрелки, относительно рассматриваемого сечения, то она вызывает положительную поперечную силу.

При рассмотрении правой отсеченной части:

- Qy + F2 – Vb = 0;

Qy = -Vb + F2.
^ Пример.
Построить эпюры Q и М для свободно лежащей балки пролетом «е», нагруженной сосредоточенной силой F (рисунок 12).

1. Определяем опорные реакции VA и VB:

∑МА = 0; F*a – VB*e = 0; VB = F*a/e.

∑MB = 0; VA*e – F-b = 0; VA = F*b/e.

Проверка: ∑Y = VA – F + VB = F-b/I – F + F*a/I = F/I(b – I + a) = 0.

2. Построение эпюры Q. Рассмотрим участок АС и сечение 1 – 1 на произвольном расстоянии Z. Алгебраическая сумма внешних сил, действующих слева от сечения:

Q1 = VA = F*b/e, так как эта сила постоянна и эпюра представляет прямую, параллельную оси Z.

3. Рассмотрим участок СВ и сечение 2 – 2. Алгебраическая сумма всех внешних сил, приложенных слева от сечения:

VA – Q2 – F = 0;

Q2 = VA – F = F*b/e – F = F/e(b - e) = -F*a/e = -VB,

так как Q2 – VB = 0; Q2 = VB. Она также постоянна и поэтому эпюра Q параллельна оси Z.

На левой опоре действует положительная поперечная сила Q1 = VA. Откладываем ее значения F*b/I в принятом масштабе вверх, параллельно оси балок и проводим горизонтальную прямую до пересечения с линией действия силы F, которая направлена вниз, поэтому эпюра опускается в сечении С уступом на соответствующую величину. Далее проводим горизонтальную прямую до опоры В, где откладываем вверх ординату реакции VB = F*a/I, тем самым замыкая эпюру. На построенной эпюре указываем алгебраические знаки и значения характерных ординат, после чего заштриховываем.






Рисунок 12.
Построение эпюры М: берем участок АС (0≤Z≤а); алгебраическая сумма моментов всех внешних сил, приложенных слева от сечения 1 – 1: M1 = VA*Z = (F*b/I)*Z; при Z = 0 M1 = 0; при Z = a M1 = F**b/I*a.

Рассматриваем участок АВ (a≤Z≤e): M2 = VA*Z – F(Z - a) = (F*b/I)*Z – f(Z - a); приZ = 0 MC = (F*b/I)*a – F(a - a) = (F*b/I)*a. Получим то же значение изгибающего момента, что и на предыдущем участке; при Z = e Mb = (F*b/I)*I – F(I - a) = F*b – F*b = 0. После этого эпюру заштриховываем. Балка изгибается выпуклостью вниз, поэтому эпюра положительна.

Похожие:

Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconМетодические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы машиноведения»
Методические указания предназначены для студентов специальностей 220501. 65 «Управление качеством», 220100. 62 «Системный анализ...
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconИндивидуально задание №6 Организация стационарной гинекологической...
Всемирная организация здравоохранения (воз) предложила систематизировать функции современной больницы на 4 группы
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconЛекция №5а. Резьбовые соединения. Общие сведения
Следовательно, чтобы получить резьбовое соединение необходимо две или более детали соединить с помощью крепежных деталей. Резьбовые...
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconОбщие сведения
Цель работы: определение показателей качества переходных процессов в линейных сау по переходным характеристикам
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconТематический план изучения общей гигиены на 3 курсе мед ф-та в 2012-2013...
Модуль Общие вопросы гигиены и экологии. Коммунальная гигиена. Гигиена лечебно-профилактических учреждений
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconОбщие основы мирового инвестиционного развития: от потребления к инвестициям
I. Общие основы мирового инвестиционного развития: от потребления к инвестициям
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconЛабораторная работа №1 Общие сведения об авиационных двигателях
Конспект можно делать только по некоторым вопросам (в каких – отмечено в самих вопросах). Ол прусова
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconЛабораторная работа №2 Общие сведения об авиационных двигателях: камеры сгорания
Конспект можно делать только по некоторым вопросам (в каких – отмечено в самих вопросах)
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconСхемы и примеры описания документов по гост 1 2003
Основное заглавие : сведения, относящиеся к заглавию / Сведения об ответственности (фамилии автора (ов); редактора; составителя;...
Лекция №1, Общие сведения о курсе «Основы машиноведения» iconКурсовая работа по дисциплине «Информатика» на тему «Кодирование и измерение информации»
Введение к курсовой работе должно содержать общие сведения о теоретической и практической части курсовой работы
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница