Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Прикладная механика. Практические расчеты: Учебное пособие

Голосов: 2

Пособие содержит теоретические сведения об основных типах и деталях механических передач и их расчете. Приведены примеры решения практических задач, задания для расчетно-проектировочных работ, тесты для проверки знаний у студентов, справочные данные, необходимые для проведения расчетов. Предназначено для студентов специальностей 280202 и 200503 очной и заочной форм обучения для выполнения расчетно-проектировочных и курсовой работ, их защиты и сдачи зачета и экзамена.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
      О.В. ДЕМИН, В.Е. БУЛАНОВ




ПРИКЛАДНАЯ
 МЕХАНИКА
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ




      ♦ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ ♦


УДК 531(075)
ББК В2я73
    Д306


                                                       Р е ц е н з е н т ы:
                                          Кандидат технических наук, доцент ТГТУ
                                                       В.М. Червяков
                                          Кандидат технических наук, доцент ТГТУ
                                                      М.М. Свиридов




          Демин, О.В.
Д306      Прикладная механика. Практические расчеты : учебное пособие /
       О.В. Демин, В.Е. Буланов. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та,
       2008. – 120 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0672-1.
           Содержит теоретические сведения об основных типах и деталях механи-
       ческих передач и их расчете. Приведены примеры решения практических
       задач, задания для расчетно-проектировочных работ, тесты для проверки
       знаний у студентов, справочные данные, необходимые для проведения
       расчетов.
           Предназначено для студентов специальностей 280202 и 200503 очной и
       заочной форм обучения для выполнения расчетно-проектировочных и кур-
       совой работ, их защиты и сдачи зачета и экзамена.
                                                              УДК 531(075)
                                                              ББК В2я73




ISBN 978-5-8265-0672-1         © ГОУ ВПО "Тамбовский государственный
                                                     технический университет" (ТГТУ), 2008


     Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет"




                О.В. ДЕМИН, В.Е. БУЛАНОВ


    ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
           ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ



           Утверждено Ученым советом университета
                 в качестве учебного пособия




                          Тамбов
                     Издательство ТГТУ
                            2008


                        Учебное издание

                ДЕМИН Олег Владимирович,
               БУЛАНОВ Владимир Евгеньевич


ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
        ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

                        Учебное пособие



               Редактор Т.М. Г л и н к и н а
Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Р ы ж к о в а


                 Подписано в печать 25.01.2008.
   Формат 60 × 84/16. 6,97 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 35
             Издательско-полиграфический центр
    Тамбовского государственного технического университета
             392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14


                                                    ВВЕДЕНИЕ


      Цель учебного пособия – облегчить работу студентов при выполнении практических расчетов по прикладной механике.
      Современное развитие техники невозможно без создания точных приводов различных устройств. В общем случае привод
состоит из источника энергии, редуктора и аппаратуры управления. Источником энергии служат двигатели: тепловые, электри-
ческие, пневматические, пружинные и т.д.
      Редуктор может состоять из фрикционных, зубчатых, шарнирно-пружинных, кулачковых и других передач. Преимуще-
ственно это многоступенчатая понижающая передача. В некоторых приборных устройствах применяют повышающие пере-
дачи – мультипликаторы.
      По назначению механические передачи разделяют на отсчетные (кинематические), скоростные и силовые. Основные
требования к отсчетным передачам – высокая точность преобразования угла поворота от ведущего вала к ведомому, к скоро-
стным передачам – плавность работы, к силовым передачам – хорошее прилегание зубьев по боковым поверхностям в целях
уменьшения контактных давлений и повышения их износостойкости.
      Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче ис-
полнительным органам машины.
      Необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и исполнительными органами машины
связана с решением различных задач. Например, в автомобилях и транспортных машинах требуется изменять значение ско-
рости и направление движения, а на подъемах и трогании с места – в несколько раз увеличивать вращающий момент на ве-
дущих колесах. Сам автомобильный двигатель не может выполнить эти требования, так как он работает устойчиво только в
узком диапазоне изменения вращающего момента и угловой скорости. При выходе за пределы этого диапазона двигатель
останавливается (глохнет). Подобно автомобильному, слабо регулируются многие другие двигатели, в том числе и большин-
ство электродвигателей. Согласование режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов машины осу-
ществляют с помощью передач.
      Передачи имеют большое значение для машиностроения, и их развитию уделяют много внимания: расширяют пределы
передаваемой мощности и скорости, снижают габариты и массу, увеличивают долговечность и пр.
      В машиностроении применяют механические, электрические, гидравлические и пневматические передачи. Наиболее
распространены механические передачи. Их применяют не только как самостоятельные, но и в сочетании с другими видами
передач.
      Наибольшее распространение имеют понижающие передачи, так как частота вращения исполнительного механизма в
большинстве случаев меньше частоты вращения двигателя.
      Рассматривают механические передачи трением и зацеплением. К передачам трением относятся ременные и фрикцион-
ные, к передачам зацеплением – зубчатые, червячные, цепные, винтовые (в том числе винт-гайка), реечные.
      В зубчатых передачах вращательное движение передается от зубьев одного элемента на зубья другого. Меньший по
диаметру элемент называется шестерней, больший – колесом. Червячные передачи относятся к зубчато-винтовым переда-
чам, так как червяк не имеет зубьев. Зубчатые и червячные передачи широко применяют в автотракторном и сельскохозяй-
ственном машиностроении. Цилиндрические прямозубые передачи с параллельными валами устанавливают в коробках пе-
ремены передач автомобилей и тракторов, бортовых передачах тракторов, в различных сельскохозяйственных машинах как
открытые передачи. Цилиндрические косозубые передачи применяют для уменьшения шума. Прямозубые конические пере-
дачи установлены во многих сельскохозяйственных машинах, гипоидная передача – в большинстве задних мостов автомо-
билей и колесных тракторов, реечная – в топливных насосах дизелей.
      Червячную передачу благодаря ее необратимости, позволяющей исключить тормозные устройства, применяют в талях с
ручным приводом. Рулевые механизмы автомобилей и колесных тракторов также имеют червячную передачу, в которой
функции червячного колеса выполняет рулевая сошка с двумя роликами, представляющими собой две половинки зуба коле-
са, а червяк имеет глобоидную форму, что позволяет уменьшить зазор между роликами сошки и витками червяка (люфт) до
минимума при полном угле поворота.
      В процессе проектирования того или иного механизма необходимо в зависимости от его назначения выбрать наиболее
целесообразную схему и конструкцию, расчетом найти основные параметры, обеспечивающие выполнение механизмом за-
данных функций, подобрать материал, определить размеры, установить необходимую точность изготовления.
      Передаточные механизмы должны обладать необходимой долговечностью, износостойкостью, высоким КПД и пр. В
связи с этим при проектировании механизмов необходимо производить расчеты кинематические, прочностные и пр.
      В передаточных механизмах, используемых в приборах, особое значение приобретают точность передачи движения и
воспроизведение заданного закона движения ведомых звеньев. На основании точностного расчета решается вопрос о прин-
ципиальной пригодности выбранной схемы механизма и точности изготовления его деталей.

                                          1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА


                                     КУРС "ДЕТАЛИ МАШИН (ПРИБОРОВ) И
                                        ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ"
                              (специальность 200503 – Стандартизация и сертификация)
    При проектировании и эксплуатации машин и приборов возникает необходимость решения вопросов механического
профиля – выбор схем, кинематика и динамика, расчеты на прочность, оценка механических причин брака производимой
продукции и т.д. Курс "Детали машин (приборов) и основы конструирования" призван дать необходимые сведения для ре-
шения этих вопросов.


     Предметом изучения в курсе "Детали машин (приборов) и основы конструирования" являются механические элементы,
узлы и передачи, применяемые в современных машинах, измерительных приборах и средствах автоматизации.
     Цель курса – получение общих сведений о машинах (приборах) и составляющих их элементах, изучение способов рас-
чета и основ конструирования механизмов машин и измерительных приборов с учетом выполнения ими заданного функцио-
нального назначения, требований технологичности и надежности.
     Задачей курса является получение студентами навыков по расчету и конструированию типовых механических уст-
ройств, используемых в машинах, измерительных приборах и средствах автоматизации.
     Студент в результате изучения курса должен уметь:
     1) оценивать принципы работы, технические характеристики, конструктивные особенности разрабатываемых и ис-
пользуемых технических средств;
     2) оценивать работоспособность деталей по критериям прочности и жесткости;
     3) самостоятельно конструировать простейшие механические узлы;
     4) при конструировании учитывать требования собираемости, технологичности, стандартизации, экономичности;
     5) самостоятельно подбирать справочную литературу, ГОСТы, необходимый вспомогательный материал.
        Курс "Детали машин (приборов) и основы конструирования" является комплексной общепрофессиональной дисцип-
   линой, которая включает в себя основные положения теории машин и механизмов, теоретической механики, сопротивле-
   ния материалов, деталей машин и требует предварительного изучения перечисленных ниже дисциплин:
    • Физика: скорость движения и частота вращения тел, ускорение; сила, момент силы, работа; мощность.
                                  Программа выполнения практических работ
                           (специальность 200503 – Стандартизация и сертификация)



                              Форма обучения



             ОЧНАЯ                                  ЗАОЧНАЯ




      Третий                  Четвертый                      Шестой
      семестр                  семестр                       семестр




 Контроль-               Расчетно-          Расчетно-            Курсовая
ные работы             проектировоч-      проектировоч-           работа
                        ные работы         ные работы


                                                                  "Расчет и
 № 1. Определе-                                               конструирование
  ние реакций                                                 электромеханиче-
      опор                                № 3. Определение     ского привода"
                       № 1. Центральное    кинематических
                         растяжение-      и силовых пара-
    № 2. Расчет на          сжатие         метров привода
     центральное
  растяжение-сжатие

                          № 2. Изгиб        № 4. Расчет и
  № 3. Расчет бруса         бруса                                Экзамен
      на изгиб                            конструирование
                                                вала



                      Зачет                  Экзамен


     • Математика: основы математического анализа; техника дифференцирования и общие правила интегрирования; диф-
ференциальные уравнения; действия с векторами.
     • Начертательная геометрия, инженерная графика: правила выполнения рабочих чертежей, правила оформления сбо-
рочных чертежей; спецификация, условности и упрощения на сборочных чертежах, кинематические схемы, знакомство с
чертежами стандартизованных деталей (зубчатых, червячных колес и т.д.).
     • Взаимозаменяемость: точность деталей, узлов и механизмов; ряды значений геометрических параметров; виды со-
пряжений в технике; отклонения, допуски и посадки.
     • Материаловедение. Технология конструкционных материалов: конструкционные материалы, термическая обработка
стали, химико-термическая обработка.


                                                  КУРС "МЕХАНИКА"
                              (специальность 280202 – Инженерная защита окружающей среды)
     Цель дисциплины "Механика" состоит в необходимости научить будущих инженеров-экологов правильно ориентиро-
ваться в выборе конструкционных материалов и конструктивных форм, обеспечивать высокие показатели надежности, дол-
говечности и безопасности напряженных конструкций и узлов оборудования, владеть принципиальными основами подхода к
прочностному расчету конструкций и самостоятельно отслеживать тенденции и перспективы развития науки о прочности
конструкций.
     Важнейшим условием создания новых конструкций машин и приборов являются качественные и всесторонние иссле-
дования в области прочности, которые должны обеспечить эффективный поиск рациональных технических решений.
     Основными задачами данной дисциплины являются следующие: научить студентов выбирать расчетные схемы, прово-
дить расчеты типовых элементов конструкций, сравнивать варианты, отыскивать оптимальные решения, связывать воедино
инженерную постановку задачи, расчет и проектирование, учитывая профиль будущего специалиста.
     Правильное решение задач расчетов на прочность, жесткость и устойчивость конструкций, используемых в сложных
эксплуатационных условиях под действием как статических, так и динамических нагрузок, учет температурных воздействий и
процессов, связанных с длительностью эксплуатации, является необходимым условием надежности и долговечности машин и
аппаратов при одновременном улучшении их весовых показателей.
     В результате изучения дисциплины студент должен:
     1) знать теоретические методы, обеспечивающие надежность и долговечность конструкций при минимальной затрате
материалов на ее изготовление;
     2) уметь ставить и решать задачи, связанные с проектированием и выбором оптимальных конструктивных решений,
самостоятельно подбирая справочную литературу, ГОСТы, необходимый вспомогательный материал (прототипы конструк-
ций), оформлять документацию в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСДП;
     3) иметь теоретические знания по исследованию общих законов механического движения материальных точек и тел.

                                       Программа выполнения практических работ
                              (специальность 280202 – Инженерная защита окружающей среды)



                                 Форма обучения




                                   ОЧНАЯ




                 Третий                              Четвертый
                 семестр                              семестр




 Контрольные                       Расчетно-             Расчетно-
   работы                       проектировочные       проектировочные
                                     работы                работы


  № 1. Определение
   реакций опор
                                                       № 3. Определение
                                 № 1. Центральное      кинематических и
                                 растяжение-сжатие    силовых параметров
 № 2. Расчет на центральное                                 привода
     растяжение-сжатие

                                 № 2. Изгиб бруса        № 4. Расчет и
     № 3. Расчет бруса
         на изгиб                                      конструирование
                                                             вала



                              Зачет                   Зачет с оценкой

     Курс "Механика" является комплексной общеинженерной дисциплиной, которая включает в себя основные положения
теоретической механики, теории машин и механизмов, сопротивления материалов, деталей машин и основ конструирования.
     Данный курс основан на следующих общенаучных дисциплинах, усвоение которых студентами необходимо для реше-
ния инженерных задач:
     • Математика: правила приближенных вычислений, основы дифференциального и интегрального исчисления, линей-
ные дифференциальные уравнения второго порядка, векторная алгебра, матричное исчисление.


     • Физика: свойства различных материалов; механика – скорость движения в технике, частота вращения тел, ускоре-
ние, работа, мощность.
     • Материаловедение и технология конструкционных материалов: выбор материалов для деталей машин, виды термо-
обработки, способы изготовления деталей, рациональные формы, точность изготовления.
     • Инженерная графика: оформление пояснительной записки.

                                                        ЗАДАНИЯ
     Согласно учебной программе рассматриваемые курсы состоят из лабораторных и практических занятий. В методиче-
ских указаниях рассмотрены только практические задания и необходимый минимум их выполнения для сдачи зачета и экза-
мена.
     Исходные данные для выполнения расчета выбираются студентом из прилагаемых таблиц в соответствии с заданием,
личным учебным шифром и первыми шестью буквами русского алфавита, которые следует расположить под шифром, на-
пример:
                  шифр         2   8   7   0    5   2
                  буквы        а   б   в   г    д   е
    Из каждого вертикального столбца таблицы, обозначенного внизу буквой, надо взять только одно число, стоящее в той
горизонтальной строке, номер которой совпадает с номером буквы.

                                               КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ
     Контрольные работы предназначены для эффективного промежуточного контроля усвоения пройденного материала. Ра-
боты выполняются в процессе практических занятий в аудитории. В случае, если студент не выполнил контрольную работу, он
имеет право ее переписать в назначенное преподавателем дополнительное время вне основного курса дисциплины. Все задачи
контрольных работ являются типовыми и приведены в прил. 1.
     Они выполняются на отдельных листах, где обязательно отражается весь порядок расчета с необходимыми пояснения-
ми и дополнениями. После завершения работы студент подписывает лист с указанием группы, номера задания, времени на-
чала и окончания работы и сдает его преподавателю. Оформление отчета должно соответствовать общепринятым сущест-
вующим требованиям. В случае обнаружения преподавателем незначительных ошибок, существенно не влияющих на ход и
правильность решения, студент в присутствии преподавателя обязан их исправить и довести решение до окончательного
результата. В том случае, если студент не может исправить ошибок или вообще приступить к выполнению, ему назначается
другое время выполнения контрольной работы.
     Контрольная работа № 1 выполняется после рассмотрения темы "Определение усилий в механизмах". Целью выпол-
нения является закрепление практических навыков определения реакций связей с помощью условий равновесия плоской
системы сил (прил. 1, тип 1). Студент выполняет только первый пункт задания.
     Контрольная работа № 2 выполняется после рассмотрения темы "Центральное растяжение-сжатие". Расчет проводит-
ся только для случая статически определимой задачи (прил. 1, тип 2).
     Контрольная работа № 3 выполняется после рассмотрения темы "Прямой поперечный изгиб". Расчет проводится
только для случая статически определимой задачи (прил. 1, тип 1).

                                   РАСЧЕТНО-ПРОЕКТИРОВОЧНЫЕ РАБОТЫ
     Расчетно-проектировочные работы (РПР) предназначены для самостоятельного закрепления пройденного практическо-
го и теоретического материала.
     Задание на РПР студент берет из приложения 2. Оформление работы осуществляется на листах формата А4 рукописно
отчетливым хорошо читаемым почерком чернилами черного или синего цвета. Все рисунки и схемы выполняются каранда-
шом или чернилами. Первый лист является титульным. Затем на втором листе изображается расчетная схема с исходными
данными и эпюрами (если они имеются). На третьем и последующих листах излагается весь расчет в требуемом порядке с
необходимыми пояснениями и дополнениями.
     РПР № 1 состоит из двух задач: статически определимой и статически неопределимой. Предназначена для усвоения
навыков практических расчетов стержней переменного поперечного сечения при нагружении их силами, приложенными к
центральной оси стержня.
     РПР № 2 состоит из трех задач с различным типом опор. Предназначена для закрепления материала по теме "Изгиб",
приобретения практических навыков расчета на прочность при изгибе и подбора сечений бруса.
     РПР № 3 представляет собой кинематический и силовой расчет типовых электромеханических приводов различных
машин и приборов. Предназначена для закрепления материла по теме "Механические передачи" и позволяет студентам по-
лучить теоретические и практические навыки проектирования механизмов, подбора стандартного электродвигателя, расчета
механических передач (прил. 2).
     РПР № 4 предназначена для закрепления темы "Сложное сопротивление". Позволяет получить навыки практических
расчетов и конструирования валов различных механизмов, работающих в основном на изгиб с кручением (прил. 2).
     После выполнения РПР студент должен защитить их. Для этого необходимо ответить на теоретические вопросы с пояс-
нениями по защищаемой работе. Вопросы представлены в прил. 3.


                                                 КУРСОВАЯ РАБОТА
     Курсовая работа предназначена для комплексного закрепления знаний по курсу "Детали машин (приборов) и основы
конструировании". Работа включает в себя все темы, рассматриваемые в данном курсе, и является основной формой отчет-
ности студентов заочной формы обучения по пройденной дисциплине. В течение семестра назначаются консультации, на
которых рассматривается основной ход проведения расчета, указываются ошибки и недостатки в работе.
     Курсовая работа должна содержать следующие разделы:
     I.    Расчет силовых и кинематических характеристик привода.
     II. Определение параметров зубчатого или червячного зацепления.
     III. Расчет цепной или ременной передачи (по индивидуальному указанию преподавателя).
     IV. Предварительный расчет валов.
     V. Конструирование валов.
     VI. Расчет валов на совместное действие изгиба и кручения.
     VII. Расчет шпоночного соединения.
     VIII. Расчет подшипника качения.
     IX. Подбор муфты (по индивидуальному указанию преподавателя).
     Графическая часть курсовой работы должна содержать чертежи формата А4 подшиваемые в виде приложения к пояс-
нительной записке. В нее входят: сборочный чертеж зубчатого или червячного зацепления с валами и подшипниками, спе-
цификация; чертеж первого и второго вала; расчетные схемы валов с эпюрами изгибающих и крутящих моментов.
     Расчеты в пояснительной записке должны сопровождаться ссылками на справочную литературу или другие источники,
необходимыми схемами и таблицами. Оформляется пояснительная записка согласно существующим требованиям в маши-
нописном виде на листах формата А4.
     Исходные данные выдаются преподавателем индивидуально. После выполнения работы для ее защиты необходимо отве-
тить на вопросы (прил. 4) с необходимыми пояснениями по защищаемой работе. По результатам решения задачи и ответам на
вопросы выставляется оценка.

                                            СДАЧА ЗАЧЕТА И ЭКЗАМЕНА
     Сдача зачета. По результатам обучения в третьем семестре студенты очной формы обучения должны сдать зачет. Для
получения зачета необходимо своевременно и правильно выполнить все контрольные и расчетно-проектировочные работы, а
также ответить на теоретические вопросы (прил. 4) и решить одну задачу.
     Сдача экзамена. Для получения допуска на сдачу экзамена необходимо своевременно выполнить, сдать и защитить все за-
дания. Экзамен состоит из теоретической и практической частей. В теоретическую часть входят два вопроса (прил. 4), в прак-
тическую – две типовые задачи (прил. 1). Правило приема задач аналогично приему контрольных работ. Для получения поло-
жительной оценки необходимо решить обе задачи и ответить на вопросы.
                                     2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


                           2.1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
                                       МЕХАНИЗМОВ И ИХ ДЕТАЛЕЙ
     Качество механизма. Качеством механизмов называется совокупность свойств, определяющих степень пригодности
использования их по назначению. Механизмы должны удовлетворять требованиям, указываемым в техническом задании на
проектирование. В общем случае качество конструкции механизма определяется: а) простотой конструкции; б) технологич-
ностью, экономичностью; в) высоким КПД; г) габаритом и массой; д) надежностью и долговечностью.
     Технологичность конструкции механизма определяется удобством изготовления и сборки его деталей, а также общим
количеством, степенью использования стандартизованных и унифицированных деталей и сборочных единиц.
     Изготовление простых деталей менее трудоемко, не требует специального сложного оборудования и инструмента. Про-
стая конструкция всегда работоспособнее и точнее, чем сложная, легче регулируется.
     Важнейшим показателем эксплуатационного качества механизма является надежность, которая характеризуется веро-
ятностью безотказной работы с необходимой точностью на протяжении заданного времени и в заданных условиях эксплуа-
тации, а также необходимой прочностью деталей, рациональной жесткостью, износостойкостью, виброустойчивостью, теп-
лостойкостью.
     Прочность. Поломки и большие остаточные деформации деталей из-за их недостаточной прочности могут стать при-
чинами отказа в работе и потери точности механизма. Опасные напряжения в деталях, приводящие к разрушению, могут
возникнуть не только от рабочих усилий, но и от сил, обусловленных вибрацией, тряской при эксплуатации (например, в
авиационных приборах) и транспортировке.
    Недостаточная объемная прочность деталей механизма чаще всего проявляется сразу, т.е. приводит
к явному отказу в работе, в то время как недостаточная поверхностная прочность большей частью явля-
ется причиной постепенной потери работоспособности. Например, появление выкрашивания рабочих
поверхностей в шарикоподшипниках и зубчатых передачах ведет к увеличению потерь на трение, на-
греву, повышению динамических нагрузок и износа.
    Износостойкость. Работе любого механизма сопутствует изнашивание – процесс постепенного изменения размеров и
формы деталей при трении. При скольжении трущихся поверхностей нарушаются фрикционные связи, что сопровождается
деформированием, оттеснением материала, срезом внедрившегося материала. Износ может иметь несколько иную природу,


когда между соприкасающимися поверхностями попадают твердые частицы (абразивы), царапающие и срезающие частицы
металла.
     Износ поверхностей подвижно соединенных деталей изменяет характер сопряжения, что приводит к ухудшению усло-
вий работы и снижению прочности деталей механизмов.
     Жесткость. Деформации деталей механизмов возникают из-за действия сил, изменения температуры, наличия остаточ-
ных напряжений и приводят к изменению размеров и формы деталей, характера их сопряжения. Чрезмерные деформации
существенно влияют на работоспособность механизма. Так, например, изгиб валов вызывает неравномерный износ, увели-
чение сил трения и даже заедание в подшипниках скольжения, ухудшает условия работы подшипников качения, является
одной из причин неравномерного распределения нагрузки по контактным площадкам кинематических пар.
     Теплостойкость. Для нормального функционирования многих машин и приборов необходимо обеспечить определен-
ный температурный режим, так как обильное тепловыделение и плохой отвод тепла могут привести к различным неполад-
кам и неисправностям. Так, при повышении температуры стальных деталей свыше 300…400 °С, а деталей из легких сплавов
и пластмасс до 100…150 °С наблюдается понижение их нагрузочной способности.
     Выделяемое тепло ухудшает свойства применяемых смазок (понижается вязкость), что может привести к повышенному
износу или заеданию сопряженных поверхностей
     Даже небольшое изменение температуры деталей механизма вызывает температурные деформации, изменяющие раз-
меры деталей и характер сопряжения в подвижных соединениях. Большая температурная погрешность возникает в приборах
с упругими элементами, модуль упругости материала которых зависит от температуры.
     Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способность механизма работать при воздействии вибраций.
Вибрации влияют на силы трения, могут привести к усталостному разрушению детали. Особенно опасно явление резонанса,
которое наступает в случае совпадения частот собственных колебаний детали и периодически действующих сил, вызываю-
щих вибрации.

                                                 2.2. МАТЕРИАЛЫ
     При выборе материалов необходимо учитывать их механические, технологические и физико-химические свойства, а
также стоимость и дефицитность. Для изготовления деталей в машиностроении и приборостроении широко применяются
чугуны и стали, а также сплавы цветных металлов, особенно на основе меди и алюминия [16].
     Чугуны. Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие больше 2 % углерода. Они обладают хоро-
шими литейными свойствами и худшими, по сравнению со сталями, пластическими свойствами. В зависимости от структу-
ры чугуны делятся на белые, ковкие и серые. Белые чугуны обладают высокой твердостью и хрупкостью, плохо обрабаты-
ваются резанием. Ковкие чугуны высоко пластичны, хорошо обрабатываются, имеют большую плотность. Стоимость изго-
товления деталей из этих чугунов на 30…100 % превышает стоимость изготовления деталей из серого чугуна.
     Серые чугуны (ГОСТ 1412–70) обладают средней прочностью, малой ударной вязкостью, наилучшими литейными
свойствами, хорошо обрабатываются резанием, хорошо демпфируют колебания и поэтому широко применяются.
     Стали. В зависимости от содержания углерода стали делятся на низкоуглеродистые (С < 0,25 %), среднеуглеродистые
(С = 0,25...0,60 %) и высокоуглеродистые (С > 0,6 %). При малом содержании углерода стали обладают высокой пластично-
стью и свариваемостью. С увеличением содержания углерода повышается прочность, уменьшается пластичность и ухудша-
ется свариваемость.
     Для улучшения механических свойств сталей применяют легирующие присадки: никель, хром, молибден, вольфрам,
титан, марганец, кремний и пр. Введение легирующих примесей увеличивает стоимость стали.
     По способу производства различают стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные; по примене-
нию – стали строительные, конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.
     Углеродистые стали обыкновенного качества (группа Б по ГОСТ 380–71) применяются для изготовления корпусных дета-
лей методом штамповки или сварки, а также для изготовления крепежных деталей. Качественные (ГОСТ 1050–74) и легиро-
ванные стали (ГОСТ 4543–71) применяют для изготовления различных деталей машин: валов, осей, зубчатых колес, червя-
ков, фрикционных катков и т.п.
     Латуни. Применяются двойные сплавы, состоящие из меди и цинка, и многокомпонентные (ГОСТ 1020–77-Е), имею-
щие в своем составе также алюминий, железо, марганец, свинец, никель и другие добавки, которые повышают механические
и физические свойства. Латуни обладают хорошими механическими свойствами, коррозионной стойкостью. Стоимость ла-
туни превышает стоимость качественной стали 45 примерно в 5-6 раз.
     Бронзы. Различают бронзы оловянистые (медные сплавы, в которых основным легирующим компонентом является
олово) и безоловянистые (двойные или многокомпонентные медные сплавы, содержащие в качестве легирующих элементов
алюминий, никель, кремний и пр.). Оловянистые бронзы (ГОСТ 613–65) обладают высокими антифрикционными и литейны-
ми свойствами, а также высокой коррозионной стойкостью. Применяют их в качестве антифрикционных материалов, для изго-
товления арматуры и т.п. Бронзы (ГОСТ 5017–74) применяют для вкладышей подшипников скольжения, венцов червячных
колес, упругих элементов приборов, токопроводящих деталей. Стоимость бронзы превышает стоимость стали 45 в среднем в
10 раз.
     Алюминиевые сплавы делятся на литейные, имеющие хорошие литейные свойства, и деформируемые, хорошо обра-
батывающиеся давлением. Алюминий-магниевые и алюминий-медные сплавы (дуралюмины) применяются для изготовления
нагруженных деталей (корпусов, оснований, шасси, заклепок, трубопроводов, емкостей и т.д.), алюминий-кремнистые ли-
тейные сплавы (силумины) – для изготовления средненагруженных корпусных деталей и деталей сложной конфигурации.
Стоимость алюминиевых сплавов превышает стоимость стали в среднем в четыре раза.
     Баббиты. Для заливки вкладышей подшипников применяются легкоплавкие антифрикционные сплавы (баббиты) на
оловянной или свинцовой основе. Они имеют по сравнению с другими антифрикционными материалами самый малый ко-
эффициент трения, хорошо прирабатываются, дают возможность работать при высоких скоростях и давлениях. Стоимость
баббитов, в несколько раз превышающая стоимость бронз, ограничивает их применение.



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика