Сопротивление материалов

Классификация  механизмов, узлов и деталей. Требования, предъявляемые к машинам, механизмам  и их деталям.

Механизм – система соединенных элементарных звеньев.

Рабочие машины предназначены для изменения формы материала.

Двигатели – преобразование любого вида энергии в механическую работу.

 Генераторы – преобразование движения в энергию. Механизмы, предназначенные для передачи движения от двигателя к рабочей зоне, наз-ся передаточными.

Существуют: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.

Деталь – изделие из однородного материала без монтажных элементов;

Комплект – два или более изделий, не соединённых между собой, но составляющих набор;

Комплекс – два или более специфицированных изделия, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Требования:

1        Удовлетворять условиям прочности, жесткости;

2        Экономичность, технологичность;

3        Работоспособность; События, связанные с нарушением работоспособности, называются отказом.

4        Надёжность – свойство объекта выполнять свои функции во времени, сохраняя эксплуатационные качества.  Надёжность определяется безопасностью работы. Наработка – сколько времени проработано без отказа.

5.         Ремонтопригодность;

6.         Долговечность – способность изделия работать до определённого износа.

Требования к деталям, критерии работоспособности и влияющие на них факторы. Функционально-эксплуатационные требования: работоспособность, прочность, устойчивость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость, надёжность, жесткость, безотказность.

Важнейшие критерии: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность – способность детали сопротивляться разрушению под действием нагрузок.

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы под действием сил.

Износостойкость  – способность детали сопротивляться изменению размеров под действием трения.

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение срока службы.

Виброустойчивость – вибрации приводят к дополнительному усталостному разрушению, могут снижать качество работы.

Работоспособность – такое состояние детали, при котором она способна нормально выполнять заданные функции. События, связанные с нарушением работоспособности, называются отказом.

Наработка – сколько времени проработано без отказа.

Надёжность – свойство объекта выполнять свои функции во времени, сохраняя эксплуатационные качества. Надёжность определяется безопасностью работы.

Факторы: наличие смазки,  форма детали, материалы деталей.

Стандартизация деталей машин. Технологичность деталей машин. Особенности деталей швейного оборудования.

Стандартизацией называется установление обязательных норм, которым должны соответствовать типы, параметры, качественные характеристики изделий. Она является средством совершенствования конструкций, снижения стоимости изделий, улучшения условий труда.

Значение стандартизации:

1        Ограничение числа типов деталей позволяет организовать массовое производство этих деталей при минимальной трудоёмкости, материалоёмкости и стоимости;

2        Способствует улучшению качества, повышению работоспособности и долговечности.

3        Сокращает сроки освоения новых машин, облегчает их эксплуатацию, упрощает и удешевляет ремонт.

Технологичность – основа экономичности конструкции. Технологичной  называют такую конструкцию, которая обеспечивает заданные эксплуатационные показатели при наименьших затратах времени, труда и средств на её создание. Это одно из важных условий создания экономически выгодных машин.

Технологичность обеспечивается минимальным числом деталей, простотой конструктивных форм и малой трудоёмкостью.

Условия обеспечения:

1        Способ получения заготовки;

2        Механическая обработка;

3        Сборочные операции.

Основы проектирования механизмов, стадии разработки. Общие положения ЕСКД. Виды, комплектность и стадии разработки конструкторских документов.

ЕСКД – комплекс госстандартов на правила и положения по порядку разработки, оформлению констр. документации.

Изделия основного и вспомогательного пр-ва.

Виды изделий: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.

Виды КД: графические и текстовые документы (чертёж детали, спецификация, пояснительная записка);

Стадии разработки КД:

1        Техническое предложение (док-т, который получает разработчик, содержащий обоснование разработки документации изделия, совокупность документации);

2        Эскизный проект – принципиальное конструкторское решение;

3        Технический проект – совокупность документов, содержащих окончательное техническое решение;

4        Рабочая документация – для изготовления деталей изделия.

Деталь – изделие из однородного материала без монтажных элементов;

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями.

Машиностроительные материалы. Конструкционные материалы, классификация.

Материал должен обеспечить надёжность, заданную долговечность, минимальные массу и  габаритные размеры машин.

Предпосылки: эксплуатационная, технологическая, экономическая.

Классификация м-лов

Чёрные металлы, цветные металлы и их сплавы, металлокерамические, неметаллические.

Чёрные металлы:

1.      Стали:

    Низкоуглеродистые;

    Высокоуглеродистые.

Марки сталей:

·Стали обыкновенного качества (Ст0 – Ст6);

·Конструкционные качественные стали(40, 45, 30Г);

·Легированные конструкционные стали(20Х, 40Х, 20ХН).

2.      Чугуны:

По назначению – антифрикционный, высокопрочный;

По структуре – серый, белый.

3. Сплавы цветных металлов: бронзы, латуни, баббиты.

Под антифрикционными понимают материалы (бронзы, баббиты), характеризующиеся низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, малым изнашиванием сопряженной детали.

Под фрикционными понимают материалы (металлокерамика), характеризующиеся высоким и  постоянным коэффициентом трения, высокими износо-  и теплостойкостью, малым изнашиванием сопряженной детали.

Медные сплавы:

1        Бронзы – все медные сплавы за искл. латуни;

2        Латуни – медные сплавы, где преобладающим легирующим элементом является цинк.

Баббиты – сплавы на основе мягких металлов (олова, свинца, кальция), допускающие работу со значительными скоростями и давлениями.

Легкие сплавы – сплавы на алюминиевой или магниевой основе. Делятся на литейные и деформируемые.

Применяют для быстроходных деталей, для корпусных и других деталей двигателей и машин, для крышек и кожухов.

Материалы с особыми физическими свойствами

Резина – материал на основе каучука.

1        Допускает большие обратимые деформации;

2        Хорошо гасит колебания;

3        Хорошо сопротивляется истиранию;

4        Обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Назначение: амортизаторы, упругие элементы муфт, ремни, электроизоляционные изделия.

Графит обладает хорошей электро- и теплопроводностью, высокой теплостойкостью, малым коэффициентом трения. Поэтому его применяют для электродов, скользящих контактов, антифрикционных изделий.

Методы упрочнения металлов и сплавов. Методы повышения твёрдости, износостойкости, усталостной прочности материалов.

Для повышения механических и других свойств стали и сплавов широко применяют термическую и химико-термическую обработку, а также механическое упрочнение. К основным видам термической обработки относятся отжиг, нормализация, закалка, отпуск и улучшение.

Отжиг и нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений в деталях, для улучшения их механических свойств. Закалку  применяют для повышения прочности, твёрдости и износостойкости деталей машин. Закалка  придает стали высокую твёрдость, но увеличивает её хрупкость. Для устранения хрупкости применяют отпуск. Улучшение состоит из двух операций – закалки и высокотемпературного отпуска и применяется для повышения прочности деталей машин при сохранении или увеличении их вязкости. К химико-термической обработке относятся цементация и азотирование. Механическое упрочнение заключается в упрочнении поверхностных слоёв металла пластическим деформированием. Оно производится различными способами: дробеструйным, накаткой гладкими роликами, чеканкой и др.

Допуски и посадки. Основные понятия о взаимозаменяемости и системах допусков и посадок.

 Взаимозаменяемость деталей машин обеспечивается системой допусков и посадок. Квалитет – совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров.

Экономически целесообразные предельные отклонения размеров деталей определяются системой допусков и посадок.

Взаимозаменяемость – способность независимо изготовленных деталей без дополнительной обработки занимать свои места в машине и обеспечивать качественную работу. Разность между наибольшими и наименьшими предельными размерами называется допуском.  Величина допуска, определяемая  квалитетом точности, назначается в зависимости от размеров деталей. Характер соединения деталей называется посадкой.  Все посадки подразделяются на три группы: с зазором, с натягом, переходные, при которых возможно получение в соединении как натягов, так и зазоров.

Различают две системы образования посадок – систему отверстий и систему валов. В системе отверстий нижнее отклонение равно нулю. Посадки образуются за счёт применения допусков валов. Обозначение:  В системе валов посадки образуются за счёт применения допусков отверстий. Обозначение: 

Зазор: Smin = Dmin – dmax

            Smax = Dmax - dmin

Натяг: Nmin = dmin - Dmax

            Nmax = dmax - Dmin

Понятие о номинальном, действительном и предельном размерах, предельных отклонениях, допусках и посадках. Система допусков и посадок гладких цилиндрических соединений.

1.      Можно отовраться.

2.      Разность между наибольшими и наименьшими предельными размерами называется допуском.  Величина допуска, определяемая  квалитетом точности, назначается в зависимости от размеров деталей. Характер соединения деталей называется посадкой.  Все посадки подразделяются на три группы: с зазором, с натягом, переходные, при которых возможно получение в соединении как натягов, так и зазоров. Различают две системы образования посадок – систему отверстий и систему валов. В системе отверстий нижнее отклонение равно нулю. Посадки образуются за счёт применения допусков валов.

3.      Соединение двух деталей по гладкой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую. Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия. Натяг выбирается в соответствии с посадками, установленными системой: горячий, прессовой, легкопрессовой.

Механические передачи и их назначение. Реверсивные  передачи, фрикционные  передачи, зубчатые  передачи, ременные  передачи, зубчато-ременные и цепные передачи. Примеры их применения в швейном оборудовании

Механическими передачами называются механизмы, передающие энергию от двигателя к рабочим органам машины. Они используются для осуществления рабочим органом машины определенных движений, обеспечивающих выполнение заданных технологических функций.

Для снижения массы  двигателя приходится повышать частоту его вращения. Чтобы связать двигатель с используемым органом, необходимо использовать передаточный механизм, который, как правило, понижает частоту вращения.

     Редуктор      Мультипликатор

"+" - колёса вращаются в одну сторону;

"-"  - в разные.

Передачи, обеспечивающие изменение направления вращения ведомого звена при неизменном направлении ведущего называются реверсивными. Для ступенчатого изменения скорости рекомендуются коробки скоростей. Передачи, в которых обеспечивается плавное изменение частоты вращения, называются вариаторами.

Передачи могут состоять из жестких звеньев (зубчатые, фрикционные),  гибких (ремённая, цепная). Любая  мех. передача  может быть представлена в следующем виде:

В машине (агрегате):

1        Движущие силы;

2        Силы полезного сопротивления;

3        Силы  вредного сопротивления;

4        Силы тяжести, упругости;

5        Силы инерции.

Fдв – полезная работа,

P1 = M1* 1 – полезная мощность.

Fпол.сопр., Mпс – на преобразование продукта.

Швейное оборудование по значимости Fпс делится на три группы:

1        Оборудование для ВТО;

2        Универсальные швейные машины;

3        Вспомогательное оборудование.

Ременные передачи (ремень, надетый с натяжением на два  шкива) применяются при необходимости передать нагрузку между валами, удаленными на значительное расстояние.

Фрикционные передачи (два колеса, прижимающиеся друг к другу с помощью устройства) служат для передачи вращающего момента между близко расположенными валами.

Зубчато-ременные передачи (зуб. ремень и два шкива) служат для передачи вращающего момента между валами, расположенными на небольшом расстоянии, при необходимости сохранения постоянства передаточного числа.

Цепные передачи служат для передачи вращающего момента между валами, расположенными на значительном расстоянии, при необходимости сохранения постоянства передаточного числа.

Движущая сила. Силы полезного сопротивления. Силы вредного сопротивления. Силы инерции. Оценка этих сил в швейном оборудовании.

В машине (агрегате):

1.  Движущие силы;

2.  Силы полезного сопротивления;

3.  Силы  вредного сопротивления;

4.  Силы тяжести, упругости;

5.  Силы инерции.

Fдв – полезная работа,

P1 = M1* 1 – полезная мощность.

Fпол.сопр., Mпс – на преобразование продукта.

Швейное оборудование по значимости Fпс делится на три группы:

·        Оборудование для ВТО;

·        Универсальные швейные машины;

·        Вспомогательное оборудование.

Fвр.соп – трение скольжения, качения

Коэффициент потерь и КПД. Связь между ними. КПД механизмов, соединенных друг с другом.  Виды соединений механизмов. КПД швейных машин.

При последовательном соединении КПД меньше самого малого. КПД привода, состоящего из нескольких последовательно расположенных передач, равен произведению КПД всех его передач. Потери мощности складываются из потерь в опорах валов, передачах, поэтому КПД всегда меньше 1.

Соединения механизмов: последовательные, параллельные.

Соединения – разъемные (резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые), неразъёмные (заклёпочные, сварные). Потеря мощности косвенно характеризует износ деталей, так как потерянная в передаче энергия превращается в тепло и частично идёт на разрушение рабочих поверхностей.

КПД = P2/P1 Общий КПД передачи с опорами может быть определен по формуле:

, где Σψ – сумма относительных потерь.

Кинематический расчёт механизма привода.

Состоит:

1.Операции выбора двигателя;

2.Определение передаточных отношений всех передач;

3.Расчёт мощности на каждом валу;

4.Расчёт частоты вращения каждого вала.