КЛАСИФІКАЦІЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Проектування деталей машин
Загальні питання розрахунку і
В курсі "Деталі машин" даються перші навички конструювання і розрахунку деталей, вузлів і деяких найпростіших машин в умовах, близьких до роботи інженера.
Завдання, які вирішуються в курсі "Деталі машин":
- пряма - коли роблять розрахунок і конструювання нової деталі, вузла, машини, пов'язуючи роботу і виготовлення машини в цілому;
- зворотна - коли перевіряється міцність деталей, вузлів і машини, або з'ясовується допустиме навантаження спроектованих, виготовлених деталей, вузлів і машини. Зворотній завдання може носити характер експертизи.
Не існує абсолютної, повною і завершеною класифікації всіх існуючих деталей машин, тому що конструкції їх різноманітні і, до того ж, постійно розробляються нові.
Для орієнтування в нескінченному різноманітті деталі машин класифікують на типові групи за характером їх використання [1, 10, 11]:
- ПЕРЕДАЧІ передають рух від джерела до споживача;
- Вали і ОСІ несуть на собі деталі, що обертаються передач;
- ОПОРИ служать для установки валів і осей;
- МУФТИ з'єднують між собою вали і передають крутний момент;
- З'ЄДНУВАЛЬНІ ДЕТАЛІ (з'єднання) з'єднують деталі між собою;
- ПРУЖНІ ЕЛЕМЕНТИ пом'якшують вібрацію і удари, накопичують енергію, забезпечують постійне стиснення деталей;
- Корпусні ДЕТАЛІ організовують всередині себе простір для розміщення всіх інших деталей, забезпечують їх захист.
Класифікацію деталей машин можна представити у вигляді такої схеми (рис. 1.1.1).
При розрахунку деталей машин можна виділити три частини або три етапи:
а) виявлення взаємодії між зовнішніми силами і реакціями. Тут зазвичай використовуються рівняння статики і кінетостатікі. У разі задач статично невизначених, враховуються деформації;
б) за допомогою рівнянь міцності. Під рівняннями міцності розуміється зв'язок між силами (моментами) зовнішніми і силами (моментами) пружності. При складанні рівняння міцності використовуються дані опору матеріалів або теорії пружності;
в) вибір допустимих напружень.
Ця важка задача в машинобудуванні в даний час зв'язується з втомної міцністю, яка зумовлюється циклами напруг і змінним характером навантаження деталей.
Мал. 1.1.1. Класифікація деталей машин.
В курсі деталей машин є нерозривний зв'язок розрахунку і конструювання, одне доповнює інше. Найчастіше у студента складається враження, що, якщо взяти конструктивно - це значить "зі стелі". Але при цьому забувається, що розрахунок визначається не тільки формулами, а й іншими причинами, як то: умовами виготовлення, вимогами збирання та розбирання, експлуатації і т.д.
Сучасні тенденції розвитку всіх видів машинобудування характеризуються значним підвищенням швидкості, потужності, температури.
Рішення завдання висуває необхідність наявності матеріалів з підвищеною міцністю, жароміцних матеріалів, матеріалів з малою питомою вагою. Значне місце в машинобудуванні починають займати різного роду пластмаси. З'явилися нові марки чавунів, у яких межа міцності близький до межі міцності стали, надміцні бронзи, алюмінієві сплави з підвищеними якісними характеристиками.
Є тенденція заміни поршневих двигунів турбінами, заміна обробки деталей різанням - пресуванням і т.д.
При оцінці стану машинобудування ми повинні враховувати моральний знос машини. Морально зношеної машиною буде та, яка за економічними показниками не може конкурувати з новими машинами. Наприклад, електровоз і паровоз, електрозварювання і клепка і т.д.
Матеріальний знос може бути оцінений терміном амортизації, в деяких випадках шляхом розрахунків.
Моральний знос оцінюється техніко-економічними показниками.
При конструюванні необхідно звертати увагу на економічну сторону питання. Вона більш широко розглядається на старших курсах.
Будь-яка машина (механізм) складається з деталей. Деталь є такою частиною машини, яку виготовляють без складальних операцій. Деталі можуть бути простими (гайка, шпонка і т.п.) або складними (колінчастий вал, станина верстата тощо).
Деталі об'єднують у вузли. Вузол є складальну одиницю, що складається з ряду деталей, що має загальне функціональне призначення (підшипник, муфта і т.п.). Складні вузли можуть включати декілька простих вузлів (подсистемами), наприклад, редуктор з підшипниками і валами.
Серед великої різноманітності деталей і вузлів машин можна виділити такі, які зустрічаються майже у всіх машинах (болти, вали, муфти, механічні передачі і т.п.), називаються деталями загального призначення і вивчаються в курсі "Деталі машин". Всі інші деталі (поршні, лопатки турбін і т.п.) зустрічаються тільки в одному або декількох типах машин, відносять до деталей спеціального призначення і вивчають в спеціальних курсах.
При вивченні деталей загального призначення вивчаються загальні основи інженерних розрахунків і конструювання. Курс "Деталі машин" служить базою для побудови спеціальних курсів.
Визначимо базові поняття [21] на самому початку роботи для систематизації навчального матеріалу і щоб уникнути двозначного тлумачення. Розташуємо поняття за ступенем складності.
ДЕТАЛЬ (франц. Detail - шматочок) - виріб, виготовлений з однорідного по найменуванню і марці матеріалу без застосування складальних операцій (ГОСТ 2.101-68).
ЗВЕНО - група деталей, утворює рухливу або нерухому відносно один одного механічну систему тіл.
Складальних одиниць - виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню на підприємстві-виробнику за допомогою складальних операцій (ГОСТ 2.101-68).
ВУЗОЛ - закінчена складальна одиниця, що складається з деталей загального функціонального призначення.
МЕХАНІЗМ - система деталей, призначена для передачі і перетворення руху.
АПАРАТ (лат. Apparatus - частина) - прилад, технічний пристрій, пристосування, зазвичай якась автономно-функціональна частина більш складної системи.
АГРЕГАТ (лат. Aggrego - приєднувати) - уніфікований функціональний вузол, що володіє повною взаємозамінністю.
МАШИНА (грец. "Махина" - величезна, грізна) - система деталей, що здійснює механічний рух для перетворення енергії, матеріалів або інформації з метою полегшення праці. Машина характерна наявністю джерела енергії і вимагає присутності оператора для свого управління. Проникливий німецький економіст К. Маркс зауважив, що будь-яка машина складається з рухового, передавального і виконавчого механізмів.
АВТОМАТ (грец. "Аутомотос" - самохідний) - машина, яка працює за заданою програмою без оператора.
РОБОТ (чеськ. Robot - працівник) - машина, що має систему управління, що дозволяє їй самостійно приймати виконавські рішення в заданому діапазоні.
Процес розробки машин має складну, розгалужену неоднозначну структуру і зазвичай називається широким терміном ПРОЕКТУВАННЯ - створення прообразу об'єкта, що представляє в загальних рисах його основні параметри.
Тут також потрібно дати базові поняття:
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ - документ, що складається спільно замовником і розробником, що містить загальне уявлення про призначення, технічні характеристики і принциповому пристрої майбутнього виробу.
ТЕХНІЧНА ПРОПОЗИЦІЯ - додаткові або уточнення вимоги до виробу, які не могли бути вказані в технічному завданні (ГОСТ 2.118-73).
ТВОРЧІСТЬ - специфічна матеріальна чи духовна діяльність, що породжує щось нове або нову комбінацію відомого.
ВИНАХІД - нове рішення технічної задачі, що дає позитивний ефект.
Ескізування - процес створення ескізу (франц. Es quisse - з міркувань), попереднього малюнка або начерку, що фіксує задум і містить основні обриси створюваного об'єкта.
КОМПОНОВКА - розташування основних деталей, вузлів, складальних одиниць майбутнього об'єкта.
РОЗРАХУНОК - чисельне визначення зусиль, напружень і деформацій в деталях, встановлення умов їх нормальної роботи; виконується в міру необхідності на кожному етапі конструювання.
Креслення - точне графічне зображення об'єкта, що містить повну інформацію про його форму, розміри і основних технічних умовах виготовлення.
Пояснювальна записка - текстовий документ (ГОСТ 2.102-68), що містить опис пристрою і принципу дії виробу, а також технічні характеристики, економічне обґрунтування, розрахунки, вказівки по підготовці вироби до експлуатації.
СПЕЦИФІКАЦІЯ - текстовий табличний документ, що визначає склад виробу (ГОСТ 2.102-68).
Ескізний проект - перший етап проектування (ГОСТ 2.119-73), коли встановлюються принципові конструктивні і схемні рішення, що дають загальне уявлення про пристрій і роботу вироби.
ТЕХНІЧНИЙ ПРОЕКТ - заключний етап проектування (ГОСТ 2.120-73), коли виявляються остаточні технічні рішення, дають повне уявлення про виріб.
РОБОЧИЙ ПРОЕКТ - повний комплект робочої документації (текстової та графічної ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в якій міститься повна інформація про конструкцію, виготовленні, експлуатації та ремонті машини.