Детали машин. 9
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)
Факультет «Филиал г. Кыштым»
Кафедра «Экономика, управление и информационные технологии»
Курсовая работа
по дисциплине: Основы проектирования и конструирования
на тему: «Детали машин»
Выполнил:
Минуразиева А.И.
« » 2013г.
Проверил:
Преподаватель
Карпухин В.В.
« » 2013г.
Кыштым
2013
АННОТАЦИЯ
Минуразиева А.И. Детали машин: Курсовая работа – Кыштым: ЮУрГУ, КЗ - 489, 35 с., библиогр. список – 10 наим.
Курсовая работа выполнена, с целью рассмотреть детали машин.
В курсовой работе рассмотрены основные требования и надежность деталей машин, общая характеристика соединений, виды соединений, передаточные механизмы, виды и конструкции передач.
Содержание
1.ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН
1.1. Общие сведения о деталях и узлах конструкций
Машины, механизмы, приборы, аппараты, приспособления, инструменты и другие инструкции (изделия) состоят из деталей. При этом деталью принято называть элемент (часть) конструкции, изготовленный из материала одной марки без применения сборочных операций (например, болт, гайка, вал и т. п.).
Совокупность деталей, соединенных на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (завинчиванием, сваркой и т. д.) и предназначенных для совместной работы, называют сборочной единицей (узлом). Простейший узел включается как составная часть в более сложный узел, который в свою очередь оказывается узлом изделия, комплекса и т. п. Характерными примерами узлов являются (по мере нарастания сложности) подшипник, узел опоры, редуктор и т.д.
Изготовление конструкций и узлов из деталей позволяет использовать различные материалы, облегчает их изготовление, эксплуатацию и ремонт, обеспечивает возможность их нормализации и стандартизации, изготовления на специализированных заводах и т. д.
В каждой машине количество деталей исчисляется сотнями, тысячами, а во многих машинах, например в самолете, — миллионами. Несмотря на различное конструктивное оформление и назначение машин, большинство типов деталей и узлов являются в них типовыми (нормализованными, стандартными). К их числу относятся различные соединения (резьбовые, сварные, шлицевые и др.), передачи (зубчатые, винтовые, гибкой связью и др.) и их детали, валы, муфты и опоры, уплотнения и устройства для смазывания, детали корпусов, пружины и др. [1]
1.2. Основные требования к деталям и узлам машин
Детали и узлы машин, как и машины в целом, характеризуются: работоспособностью; надежностью; технологичностью; экономичностью; эстетичностью.
Работоспособностью называют состояние деталей, при котором они способны нормально -выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. п.).
Под надежностью понимают свойство изделия (детали, узла, машины) выполнять функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки. Надежность является общей проблемой для всех отраслей машино- и приборостроения. Любая современная машина или прибор, какими бы высокими характеристиками они ни обладали, будут обесценены при ненадежной работе.
Надежность изделия
Технологичными называют детали и узлы, требующие минимальных затрат средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте. Технологичность деталей обеспечивается:
- их простейшими поверхностями (цилиндрическими, коническими и др.), удобными для обработки механическими и физическими методами;
- применением материалов, пригодных для безотходной обработки (давлением, литьем, прессованием, сваркой, лазерной и т. п.), и ресурсосберегающей технологии;
- системой допусков и посадок и другими средствами и методами.
Детали и узлы машин должны быть конструктивно приспособлены к гибким производственным системам (ГПС). Для этого их конструкции должны характеризоваться также высокой преемственностью и высоким уровнем стандартизации и унификации конструкционных элементов, материалов, расчетов и: технологий, возможностью создания систем автоматизированного проектирования и производства и др.
Эстетичность — это
1.3. Основные требования к материалам деталей
Приступая к расчету и проектированию детали, конструктор выбирает материал для ее изготовления. И хотя выбор материала неотделим от метода (технологии) ее изготовления, конструктор в первую очередь думает об удовлетворении материалом условий работы детали в конструкции и о стоимости материала. Если учесть, что для изготовления детали можно использовать целый ряд способов и различные материалы, то станут понятными трудности, испытываемые конструктором на этом этапе. Таким образом, проблема выбора материала детали имеет три основных аспекта: механический или. конструкционный, технологический и экономический.
Конструкционные свойства материалов. Деталь должна передавать (выдерживать) различные нагрузки (статические, циклические, тепловые и т. д.). Способность материала в конструкции сопротивляться внешним воздействиям, т. е. свойства материала, принято оценивать механическими характеристиками. Один и тот же материал может иметь различные механические свойства при различных скоростях нагружения и условиях внешней среды (температурных, коррозионных, радиационных и др.). Количественная оценка механических свойств материалов производится путем испытаний образцов в специальных испытательных машинах при определенных условиях. Размеры образцов и методики проведения испытаний стандартизованы. Рассмотрим основные конструкционные (механические) свойства и характеристики материалов.
Прочность — свойство материала сопротивляться нагрузкам без разрушения. Ее оценивают пределом прочности — максимальным условным напряжением, которое выдерживает образец.
Деформируемость — свойство сопротивляться изменению формы без разрушения. Характеристики деформируемости: модуль упругости и коэффициент Пуассона v. Для большинства конструкционных материалов v = 0,3.
Упругость — свойство восстанавливать форму и объем после снятия нагрузки. Ее характеризуют пределом упругости Пу. Вследствие трудности установления значения этого показателя распространен условный предел упругости — напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает 0,05%.
Пластичность — свойство сохранять, не разрушаясь, значительные пластические деформации после устранения действия внешних сил. Ее характеризуют рядом показателей.
Выносливость — способность материала сопротивляться разрушению от усталости, т. е. от возникновения и развития трещины под влиянием многократно повторяющихся нагружений. Ее оценивают пределом выносливости — наибольшим напряжением, при котором образец выдерживает без разрушения заданное количество циклов нагружений, принимаемое за базу испытания.
Твердость — способность материала сопротивляться внедрению индентора, сопровождающемуся большими пластическими деформациями в зоне испытаний. Является косвенной характеристикой прочности материала в условиях контактного воздействия и простого нагружения. Обычно чем тверже материал, тем выше его статическая прочность. Так как испытания на твердость проводятся без разрушения детали, то широко применяют приближенную оценку прочности по значению твердости. Измеряют твердость различными методами.
Абразивная износостойкость —
способность материала
2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОЕДИНЕНИЙ
Узлы, а также машины, приборы и аппараты в целом собирают из деталей путем их соединения в определенном взаимном положении. Фиксация взаимного положения деталей необходима для придания составной детали или узлу требуемой формы, взаимодействия деталей, предотвращения утечек рабочего тела из узлов машин и т. д.
Для фиксации взаимного положения деталей и узлов машин используют, как правило, два метода (принципа): формозапирание (зацепление) и сцепление (фрикционное, электромагнитное и др.). Эти методы реализуют на практике различными конструктивными способами, используя отдельные части соединяемых деталей), дополнительные детали — механические связи (например, болты, штифты, шпонки и др.), технологические процессы (сварка, пайка и др.), формирующие молекулярно-механические связи между деталями и т. д.
Сопрягаемые части деталей вместе со связями образуют соединения, названия которых определяются, как правило, видом связи или соединительного элемента (детали); например, соединения болтовые, сварные, шпоночные и т. п.
В зависимости от конструктивных, технологических, эксплуатационных и экономических требований соединения могут быть разъемными и неразъемными. Разъемные соединения разбираются без повреждения деталей, а неразъемные соединения можно разобрать, лишь разрушая связи или детали, повреждая посадочные поверхности. Разъемные соединения выполняют как подвижными, так и неподвижными под нагрузкой. В подвижных (под нагрузкой или без нее) соединениях возможно относительное перемещение деталей, предусмотренное функциональным назначением. Детали соединений образуют наиболее распространенный класс деталей машин: их работоспособность наиболее часто, как показывает практика, определяет надежность работы конструкций.[5]
3.СВАРНЫЕ, ПАЯНЫЕ И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
3.1. Общие сведения
Сварные, паяные и клеевые соединения — наиболее распространенные виды неразъемных соединений элементов конструкций, обеспечивающие высокопроизводительную и экономически целесообразную сборку.
Сварку, пайку и склеивание применяют не только как методы соединения деталей, но и как технологические способы их изготовления. Сварные и паяные детали часто успешно заменяют литые и кованые; они не требуют моделей или форм, штампов, а поэтому имеют более низкую стоимость в условиях единичного и мелкосерийного производства.[4]
3.2. Характеристики и расчеты сварных соединений
Виды сварки. Сварные соединения получают за счет формирования межатомных связей в свариваемых деталях (частях) при их местном или общем нагреве (термический класс сварки), пластическом деформировании деталей в зоне стыков (механический класс сварки) или при совместном нагреве и пластическом деформировании (термомеханический класс сварки).
Рис. 3.1. Сварные соединения в некоторых
деталях:
а—барабан; б—тяги; в—зубчатое
колесо; г—цилиндр
На практике применяют свыше 60 способов сварки, при которых материал расплавляется (дуговая, газовая, электронно-лучевая и др.), деформируется без нагрева (холодная, взрывом и т. п.) или нагревается и пластически деформируется (контактная, газопрессовая, высокочастотная и т. п.).
Способы сварки получили название по виду используемого источника теплоты (газовая, дуговая и др.), по способу защиты материала в зоне сварки (в аргоне, под флюсом, в вакууме и т. д.), по степени механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая), по форме сварного соединения (точечная, шовная, стыковая и пр.) и т. д.
Сварке плавлением и давлением подвергаются практически все* стали и сплавы, применяемые в народном хозяйстве.
Сварные соединения являются наиболее прочными среди неразъемных соединений. Применение сварных конструкций способствует повышению технологичности, снижению металлоемкости машин и аппаратов. Благодаря плотности и герметичности швов сварка широко применяется при производстве сосудов, резервуаров, трубопроводов и др.
Основные недостатки сварных соединений: наличие остаточных напряжений из-за неоднородного нагрева и охлаждения; возможность коробления деталей при сваривании (особенно тонкостенных); возможность существования скрытых (невидимых) дефектов (трещин, непроваров, шлаковых включений), снижающих прочность соединения.
Контроль сварных соединений
с помощью разрушающих и
Наиболее распространенными в технике способами сварки являются дуговой и газовой способ. Дуговой сваркой на сварочных автоматах, полуавтоматах, а также вручную соединяют детали из конструкционных сталей, чугуна, алюминиевых, медных и титановых сплавов. Газовая сварка используется для соединения деталей из металлов и сплавов с различными температурами плавления при небольшой толщине (до 30 мм), для сварки неметаллических деталей в тех случаях, когда отсутствует источник электроэнергии. [6]
3.3. Характеристики и особенности расчетов паяных соединений
Пайка — это создание неразъемного соединения элементов конструкций из: твердых материалов путем заполнения зазора между ними жидким более легкоплавким сплавом (припоем) и образование между швом и соединяемыми элементами прочной связи.
Сцепление в паяном соединении возникает в основном за счет физико-химического взаимодействия припоя в жидкой фазе и материала деталей и последующей кристаллизации. Для интенсификации взаимодействия между припоем и деталями и образования прочного соединения поверхности деталей очищают от окислов, масла и других загрязнений механическими или химическими методами.
Нагрев припоя и деталей при пайке выполняют паяльником, газовой горелкой, в печах и пр. При пайке в печах припой укладывают в виде проволочных и ленточных контуров, паст.
Пайка с помощью порошкообразного припоя используется довольно часто для ремонта изношенных и поврежденных трещинами деталей.
Паяные конструкции получили широкое распространение в различных отраслях машиностроения. Методами высокотемпературной пайки (капиллярной, диффузионной, контактно-реактивной, металлокерамической) получают неразъемные соединения со свойствами, близкими к свойствам основных материалов, и прочностью, превышающей прочность сварных соединений. Поэтому паяные соединения в ряде случаев вытесняют сварные (соединение деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов и др.).
Паяные соединения иногда более технологичны и прочны, так как пайка позволяет также: получать соединения деталей в скрытых и малодоступных местах конструкции, а следовательно, изготовлять сложные узлы за один прием; паять не по контуру, а одновременно по всей поверхности соединения, что обеспечивает высокую прочность; соединять разнородные материалы; выбирать температуру пайки, сохраняя механические свойства материалов в изделии и обеспечивая совмещение нагрева под пайку и термическую обработку.
Рис. 3.2 Виды паяных соединений
Виды паяных соединений разнообразны. Кроме стыковых и нахлесточных соединений в конструкциях используют телескопическое (рис. 4.2, а), внахлестку с заклепкой (рис. 3.2, б) или штифтом (рис. 3.2, в), внахлестку со шпонкой (рис. 3.2, г), фальцевый замок (рис. 3.2, д).
Основные недостатки соединений: сравнительно невысокая прочность и высокая трудоемкость изготовления соединений методами высокотемпературной пайки.
При конструировании паяных изделий, наряду с выбором основного металла, производят выбор припоя и способа пайки, так как последние существенно влияют на выбор типа соединения, зазоров и условий сборки.[8]
3.4. Характеристики и особенности расчетов клеевых соединений
Неразъемное соединение элементов конструкций с помощью клея, образующего между ними тонкую прослойку (клеевой шов), называется клеевым.
Клеевые соединения получили в последние годы широкое распространение во многих отраслях машиностроения благодаря появлению клеящих материалов (конструкционных клеев) на основе синтетических полимеров, которые обладают высокой податливостью и благодаря этому обеспечивают склеивание практически всех материалов промышленного значения (стали, сплавы, медь, серебро, древесину, пластики, фарфор, ткани, кожу и многие другие). Еще одно достоинство состоит в возможности склеивания металлов и неметаллов. Благодаря этому клеевые соединения используют для производства материалов в форме слоистых листов (металлических листов с пластмассовым покрытием или пластмасс с покрытием из металла и т. д.).
Применение клеев в
Области и объемы применения силовых слоевых соединений непрерывно растут. Современные самолеты .имеют до 500 м2, а автобусы до 1500 м2 силовых клеевых соединений (металлических и слоистых неметаллических конструкций). Клеевые соединения превосходят заклепочные и сварные соединения при работе на срез благодаря сравнительно полному использованию площади сопряжения соединяемых деталей.
Основные недостатки соединений: старение со временем, вызывающее существенное снижение прочности; невысокая теплостойкость (рабочая температура обычно не выше 300 °С), обусловленная органической природой клеев.[7]
4. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Заклепочным называют неразъемное соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклепки — сплошного или полого цилиндрического стержня с закладной головкой (рис 4.1). Соединение собирают путем установки заклепок в предварительно подготовленные отверстия в деталях (пакете листов) и последующей осадки (клепки) специальным инструментом второй замыкающей головки. В процессе клепки производят стяжку (сжатие) пакета, и за счет поперечной упругопластической деформации стержня происходит заполнение начального зазора между стержнем и стенками отверстия, приводящее часто к образованию натяга.
Рис.4.1.
Конструктивные формы заклепок: а—с полукруглой низкой головкой; б—с потайной головкой; в—с плоской головкой; г—с полукруглой головкой; д—с полупотайной головкой; е—пустотелая
Области применения и виды соединений.
Соединения применяют в
По назначению различают прочные, плотные (герметичные) и прочноплотные соединения. Прочными называют соединения, основная задача которых состоит в передаче нагрузки. Плотные соединения должны обеспечивать главным образом герметичность конструкций (например, топливных баков и др.)- Прочноплотные соединения служат как для передачи нагрузки, так и для обеспечения герметичности конструкций. Ранее они применялись в паровых котлах, резервуарах, баках и других устройствах. Ныне их используют в авиа- и судостроении, обеспечивая иногда плотность с помощью клея.
По конструкции различают: соединения внахлестку и соединения встык с одной или двумя накладками.
Заклепки в соединении располагают простыми или шахматными рядами.
Использование в конструкции той или иной формы головки определяется преимущественно эксплуатационными требованиями (аэродинамическими и т. п.).
Основные недостатки соединений
связаны с невысокой
Материалы заклепок.
Заклепки изготовляют из пластичных сталей (например, сталей 15, 20, 09Г2, 20ХМА, 20ГА и др.), алюминиевых (В65, АД1, АМг5Г и др.) и титановых (ОТ4, ВТ16 и др.) сплавов, латуни.[9]
5. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Резьбовыми называют соединения деталей с помощью резьбы. Области их использования необычайно широки, свыше 60% всех деталей машин имеют резьбу.
Резьбовое соединение образуется двумя (реже тремя) деталями. У одной из них на наружной, а у другой на внутренней поверхности имеются расположенные по винтовой поверхности выступы — соответственно наружная и внутренняя резьба.
Резьбу получают (формируют) методом резания, накатыванием (обработкой давлением), литьем и прессованием (ком: позиционных материалов, порошков).
Резьба может изготовляться на цилиндрической (цилиндрическая резьба) или конической (коническая резьба) поверхности заготовок. Основное применение имеют детали с цилиндрической резьбой. Коническая резьба применяется преимущественно в соединениях труб (буровых, обсадных и др.)
Если на поверхность детали наносится один винтовой выступ, резьбу называют однозаходной. В механизмах применяют также двух- и трехзаходные резьбы, называемые многозаходными.
По форме сечения канавки различают цилиндрические резьбы: упорную, прямоугольную, трубную, трапецеидальную и др. Основными параметрами цилиндрических резьб являются: наружный, средний и внутренний диаметры резьбы, шаг резьбы Р, угол профиля и число заходов n.
По направлению винтовой линии различают правую (используется в абсолютном большинстве конструкций) и левую резьбу.
Наибольшее распространение в машино- и приборостроении имеет метрическая резьба по ГОСТ 8724—81 с крупным и мелким шагами. Она обозначается буквой М и цифрами (цифрой), показывающими наружный диаметр резьбы (например, резьба, имеющая диаметр 24 мм, обозначается М24). В обозначении резьбы с мелким шагом, кроме диаметра, в форме сомножителя указывается ее шаг (например, М24Х1,5 диаметр резьбы 24 мм и шаг 1,5 мм).Области применения других типов резьб ограничены специальными конструкциями.
В СССР и других странах были разработаны стандарты на основные определения и обозначения элементов резьб, а также типы резьб, которые согласованы с международными стандартами ISO.
Крепежные детали и типы соединений.
Наибольшее распространение
Рис. 5.1 Основные типы резьбовых соединений:
а—болтом; б—винтом; в—шпилькой;
г—винтом со вставкой;
д—винтом с резьбовой втулкой
Болт (рис 5.1, а) и винт (рис 5.1,б) — стержень с головкой и одним резьбовым концом. Шпилька (рис. 5.1, в) имеет два резьбовых конца. Вставка представляет собой по форме винтовую пружину из проволоки ромбического сечения (рис. 5.1,г), завинчиваемую с натягом в резьбовое отверстие, или втулку с внутренней резьбой, завинчиваемую или заливаемую в корпусную деталь (рис. 5.1,д). С помощью этих деталей образуют большинство разъемных соединений в конструкциях. Выбор типа соединения определяется:
- прочностью материала соединяемых деталей,
- простотой сборки и разборки соединения
- простотой эксплуатации, а также особенностями конструкции и технологии изготовления соединяемых деталей.
Соединения болтом применяют только при наличии доступа к гайке и головке, для скрепления деталей сравнительно небольшой толщины (например, при скрепления специальных поясков или фланцев, а также при многократной разборке и сборке соединений. В последнем случае (особенно при большой толщине соединяемых деталей) предпочтение отдают также соединениям винтом или шпилькой.
Соединения винтом и шпилькой применяют для скрепления деталей при наличии доступа монтажного инструмента лишь с одной стороны (к гайке). При этом шпильки используют обычно для соединения деталей корпусов из материалов с невысокой прочностью (чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов, композиционных материалов), а винты—для соединения деталей корпусов из высокопрочных материалов (сталей и сплавов). Область применения соединений винтом в силовых конструкциях ограничена, предпочтение отдается соединениям шпилькой. Шпильки фиксируют (стопорят) в корпусной детали (посадкой на резьбе с натягом, завинчиванием на сбег резьбы, с помощью клея и т. д.) для предотвращения вывинчивания их при отвинчивании гаек.
Вставки применяют в основном для
повышения износостойкости
Резьбовые втулки используют преимущественно в корпусах из композиционных материалов.
Для предотвращения повреждения поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек под них подкладывают шайбы.
Конструктивным разнообразием отличаются стержни болтов (винтов). Наряду с обычной, наиболее распространенной формой болта применяют другие конструкции. Болт в отличие от предыдущего имеет диаметр стержня несколько больше наружного диаметра резьбы. Такие болты устанавливают в отверстия корпусов без зазора. В ряде ответственных соединений для увеличения податливости применяют полые болты.
Формы головок болтов и гаек также разнообразны, выбор их для практического использования определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления крепежных деталей и их сборкой.
Для фиксирования деталей на валах, осях и др. применяют установочные винты с резьбой по всей длине стержня и упорным наконечником
В нашей стране и за рубежом существуют стандарты на шайбы, болты, винты и гайки наиболее распространенных форм. Материалы крепежных деталей. Основные материалы болтов (винтов), шпилек и гаек и их механические характеристики нормированы ГОСТ 1759—82.
Выбор материала определяется условиями работы (прочностью, условиями окружающей среды и т. п.) и технологией изготовления. Стержни болтов в массовом производстве изготовляют из пластичных сталей 10, 15, 15Х, 16ХСН и др. на автоматах методом холодной высадки, резьбу на болтах накатывают. В специальных конструкциях, к которым предъявляются жесткие требования по массе, коррозионной и теплостойкости, применяют крепежные детали из пластмасс, титановых и бериллиевых сплавов, а также из коррозионно-, жаростойких и жаропрочных сталей.[6]
6.СОЕДИНЕНИЯ ТИПА ВАЛ — СТУПИЦА
Для передачи вращения от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звездочек и других соосных деталей широко используют различные соединения: фрикционные и зацеплением. В фрикционных соединениях (с натягом, конических и др.) фиксирование взаимного положения деталей и передача нагрузки между ними происходят за счет сил сцепления (трения). В соединениях зацеплением (шпоночных, шлицевых и др.) передача нагрузки осуществляется за счет силового замыкания деталей через шпонки, зубья и другие подобные детали. Благодаря этому соединения являются разъемными, осуществляют фиксацию деталей в окружном направлении и допускают осевое взаимное смещение деталей в процессе работы. Однако трудоемкость изготовления таких соединений сравнительно высокая.

- Детали машин
- Детали машин
- Детали машин
- Детали машин
- Детали машин
- Детали машин
- Детали машин
- Десять блоков В.В.Путина
- Детализация и оценка основных технологий и технических средств
- Детализация как фактор негативного влияния при освящении событий экстримальной группы
- Детализация структуры профиля
- Детали конвейерных машин
- Детали машин
- Детали машин