Механические свойства металлов. 2

Механические свойства металлов

К основными механическим свойствам металлов относятся: твёрдость, прочность, пластичность, вязкость.

Твердость является одной из важнейших характеристик. Твёрдость - это свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации при проникновении в него другого более твердого тела (индентора) на поверхностные слои материала. Измерение твёрдости имеет широкое применение для контроля качества изделий. В зависимости от методов испытания различают значение твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу. Твердость по Бринеллю обозначают символом HB (твердостью менее 450 единиц) и HBW (твердостью более 450 единиц). Твердость по Виккерсу обозначают буквами HV. Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости A, B или C.

Под деформацией металла понимают изменение формы и размеров тела под действием внешних воздействий или внутренних сил. Деформация в твердых телах может быть упругой и пластической. Упругой называется деформация, полностью исчезающая после прекращения действующих на неё нагрузок, и пластической если она после снятия нагрузок не исчезает.

Прочность - способность металла сопротивляться деформациям и разрушению. Под разрушением понимают процесс развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Прочность определяют в результате статического испытания на растяжение.

Пластичность – способность металла к пластической деформации (т.е. получению остаточных изменений формы и размеров без нарушения сплошности). Пластичность используют при обработке металлов давлением.

Вязкость – это способность металла поглощать механическую энергию внешних сил за счёт пластической деформации.

Усталость - разрушение металлов под действием повторных или знакопеременных нагрузок (например, у пружин автоматики).

При трении сопряжённых поверхностей происходит изменение размеров тела (износ) вследствие отделения с поверхности трения металла. Свойство металла оказывать сопротивление износу называется износостойкостью.

К технологическим свойстам металлов относится обрабатываемость резанием – это свойство металла обрабатываться режущим инструментом. Критериями обрабатываемости служат: скорость резания, допускаемая режущим инструментом; мощность, расходуемая на резание; шероховатость обработанной поверхности.

К основным физическим свойствам металлов относятся: плотность, коэффициент теплопроводности, коэффициенты теплового расширения, электрическая проводимость и др.

Стали

Сталь - сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий менее 2,14% углерода. Сталь классифицируется по следующим признакам: способу получения (мартеновская, бессемеровская, конверторная и электросталь); химическому составу (углеродистая и легированная); качеству (обыкновенного качества, качественная, высококачественная и особо высококачественная); методу придания формы и размеров (литая, кованая, катаная); назначению (конструкционная, инструментальная и специального назначения); способу раскисления (спокойная, полуспокойная и кипящая); структуре и свойствам.

В маркировку углеродистой стали обыкновенного качества входят буквы Ст (сталь) и цифра - условный номер. При увеличении цифры от 1 до 6 возрастает содержание углерода от 0,07 до 0,6%. Если сталь кипящая или полуспокойная, то добавляют индекс кп (Ст1кп) или пс (Ст2пс). Для спокойных сталей индекс сп (Ст3сп), для углеродистых качественных сталей индекс сп не указывается. В обозначениях сталей может быть указан способ их производства: мартеновский (МСт1), конверторный (КСт2), бессемеровский (БСт3).

Углеродистые качественные стали обозначают двузначным числом. Цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, например, сталь 25 содержит в среднем 0,25% углерода, сталь 65 - 0,65% и т.д.

Углеродистую инструментальную качественную сталь маркируют буквой У и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7, У10, У13), например, в стали У7 содержится в среднем 0,7% углерода.

Маркировка легированных сталей осуществляется так, что условное обозначение показывает примерный химический состав стали. Легирующие элементы обозначают следующими буквами: Ю - алюминий (повышает жаростойкость стали); Р - бор (увеличивает прокаливаемость); Ф - ванадий (повышает плотность, прочность и твердость); К - кобальт (увеличивает вязкость, жаропрочность и магнитные свойства); С - кремний (сильно повышает предел текучести); Г - марганец (повышает прочность, предел текучести); Д - медь (усиливает коррозийную стойкость); М - молибден (повышает упругость, красностойкость, коррозийную стойкость); Н - никель (повышает прочность, вязкость, коррозийную стойкость, прокаливаемость); Т - титан (увеличивает твердость и прочность); Х - хром (повышает прочность, твердость, коррозийную стойкость). Первые две цифры марки легированной стали обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры стоящие после букв указывают целое значение легирующего элемента в процентах. При содержании легирующего элемента до 1,5% цифру не ставят. Например, З0Х содержит примерно 0,30% углерода и 1% хрома, 12Х18Н10Т содержит примерно 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля и 1% титана и т.д. Особо высококачественные стали в конце маркировки могут содержать букву Ш (30ХГС-Ш).

Некоторые стали содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш (ШХ15СГ), быстрорежущих - с буквы Р (Р6М5), автоматных - с буквы А (А40Г). Буква А в конце марки любой стали указывает, что сталь относится к категории высококачественной (У8А, 30ХГСА), буквы ПП обозначают сталь пониженной прокаливаемости, Л - литейная и др.

Чугуны

Чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий свыше 2,14% углерода и некоторые примеси в зависимости от способа получения чугуна. Чугун обладает высокими литейными свойствами. Из имеющихся разновидностей чугуна наиболее широко применяются:

Белый чугун обладает высокой твердостью, что обусловливает хорошую сопротивляемость износу, хрупок и плохо поддается обработке резанием;

Серый чугун обладает высоким пределом прочности, хорошо обрабатывается и служит основным материалом для литья. Серый чугун обозначается буквами С (серый) и Ч (чугун). Далее следуют цифры указывающие среднее значение временного сопротивления при растяжении в МПа·10–1 (СЧ 10, СЧ 25, СЧ 45);

Высокопрочный чугун имеет высокие механические свойства, износостойкость, хорошие литейные свойства, хорошо обрабатывается. Высокопрочный чугун маркируется буквами В (высокопрочный) и Ч (чугун). Затем следуют цифры указывающие среднее значение временного сопротивления при растяжении в МПа·10–1 (ВЧ 50, ВЧ 80, ВЧ 120);

Ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью, вязкостью, чем серый чугун. Ковкий чугун обозначается буквами КЧ, далее первые цифры указывающие предел прочности при растяжении в МПа·10–1, а вторые - относительное удлинение в % (КЧ30-6, КЧ37-12, КЧ63-2);

Антифрикционный чугун обеспечивает низкое трение, используется для подшипников скольжения, поршневых колец, втулок и т.п. Стандартные марки антифрикционного чугуна маркируются буквами АЧ и С (серый), В (высокопрочный), К (ковкий), например АЧВ-1, АЧВ-2, АЧС-5;

Легированный чугун (в состав которого входят хром, никель, медь, титан, молибден и др.) применяется для изготовления жаропрочных, жаростойких, износостойких, коррозионностойких и маломагнитных отливок. Маркировка легированных чугунов начинается с буквы Ч (чугун). Следующие буквы показывают содержание легирующих элементов, а цифры обозначют содержание элементов в процентах. Буква Ш означает, что графит в чугуне имеет шаровидную форму (ЧХ16М2, ЧЮ22Ш, ЧН3ХМДШ).

Цветные металлы и сплавы

Алюминиевые сплавы обладают высокой коррозийной стойкостью, легко обрабатываються давлением и резанием. Подразделяются на деформируемые и литейные. Деформируемые алюминиевые сплавы предназначены для получения полуфабрикатов (плит, листов, прутков, поковок, штамповок и др.) методом холодной и горячей деформации. Обозначаются буквами Д, АК, АМ, В, ВД, после которых указывается номер сплава (например, Д16). Литейные алюминиевые сплавы предназначены для фасонного литья. Они подразделяются на группы: алюминий-кремний или силумины (например АК12 - 12% кремния, остальное алюминий); алюминий-кремний-медь (например АК6М2 - 6% кремния, 2% медь, остальное алюминий); алюминий-медь (например АМ5 - 5% меди, остальное алюминий); алюминий-магний (например АМг10- 10% магния, остальное алюминий); алюминий-прочие компоненты. Сплавы алюминий-медь-марганец называются дюралюминами.

Медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Подразделяются на деформируемые и литейные. По химическому составу медные сплавы деляться на латуни и бронзы. Латунями называются сплавы меди с цинком и другими компонентами. Деформируемые латуни обозначаются буквой Л и цифрой, указывающей содержание меди в сплаве в процентах (Л63, Л96). Литейные латуни маркируються буквой Л, далее идут обозначения легирующих элементов с процентным содержанием (ЛЦ38Мц2С2). Бронзами называются сплавы на основе меди, в которых в качестве легирующих добавок используются олово, алюминий, кремний, берилий, свинец и другие элементы. Бронзы обозначаются буквами Бр, затем указываются легирующие элементы в процентном содержании (Бр А11Ж6Н6, Бр О5Ц5С5).

Титановые сплавы обладают высокой прочностью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и малой плотностью. По характеру обработки титановые сплавы подразделяются на деформируемые (ВТ5, ОТ4-1, ВТ15, ПТ-7М, АТ3 и др.) и литейные (ВТ6Л, Тг-100 и др.). По механическим свойствам подразделяются на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности. По способности упрочняться с помощью термообработки делятся на упрочняемые и не упрочняемые термообработкой.

Магниевые сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные нагрузки и низкой коррозийной и химической стойкостью. В зависимости от характера обработки и химического состава магниевые сплавы выпускаются следующих марок: ММ2, МА10Ц1, МЛ3, МЛ19, МА1, Ма20 и др.

Легирующие элементы в цветных сплавах обозначают следующими буквами: А - алюминий, Ж - железо, Кр - кремний, Зл - золото, К - кобальт, Мц(Мр) - марганец, М - медь, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ср - серебро, Х(Хр) - хром.  

Детали машин: понятие и их характеристика

Основные определения и понятия детали, сборочной единицы, машины и механизма. Характеристика и классификация механических передач. Понятие и описание неразъёмных соединений: заклёпочных, сварных, паяных и клеевых. Виды и типы резьбовых поверхностей.

Деталь - это изделие, полученное из однородного по марке материала без сборочных операций.

 Сборочная единица - изделие, полученное  с помощью сборочных операций.

 Механизм - комплекс деталей и сборочных единиц, созданных с целью выполнения определённого вида движения ведомого звена с заранее заданным движением ведущего звена.

 Машина - это комплекс механизмов, созданный с целью превращения одного вида энергии в другой, либо для совершения полезной работы, с целью облегчения человеческого труда.

Механические передачи.

Передачи - это механизмы, предназначенные для передачи движения.

1. По способу передачи движения:

 а) зацеплением (зубчатая, червячная, цепная);

 б) трением (фрикционная);

2. По способу соприкосновения:

 а) непосредственным касанием (зубч., червяч., фрикц.);

 б) с помощью передаточного  звена.

Зубчатая - состоит из шестерни и зубчатого колеса и предназначена для передачи вращения.

Достоинства: надёжность и прочность, компактность.

Недостатки: шум, высокие требования к точности изготовления и монтажа, впадины - концентраторы напряжений.

Классификация.

1.Цилинрические (оси 11), конические (оси  пересек.), винтовые (оси скрещиваются).

2. По профилю зуба:

 а) эвольвентные;

 б) циклоидальные;

 в) с зацеплением Новикова.

3. По способу зацепления:

 а) внутреннее;

 б) внешнее.

4. По расположению зубьев:

 а) прямозубая;

 б) косозубая;

 в) мевронная.

5. По конструкции:

 а) открытые;

 б) закрытые.

Применяются в станках автомобилях, часах.

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса, оси которых скрещиваются. Служит для передачи колесом вращения.

Достоинства: надёжность и прочность, возможность создания самоторможения передачи, компактность, плавность и бесшумность работы, возможность создания больших придаточных чисел.

Недостатки: тихоходность, большой нагрев передачи, применение дорогостоящих антифрикционных материалов.

Классификация.

1. По виду червяка:

 а) цилиндрические;

 б) глобоидальные.

2. По профилю зуба червяка:

 а) эвольвентные;

 б) коволютные;

 в) архимедов.

3. По числу заходов:

 а) однозаходные;

 б) Многозаходные.

4. По отношению червяка к червячному  колесу:

 а) с нижним;

 б) с верхним;

 в) с боковым.

Применяются в станках, подъёмных устройствах.

Ременная передача состоит из шкивов и ремня. Служит для передачи вращения на расстояние до 15 метров.

Достоинства: плавность и бесшумность работы, простота конструкции, возможность плавного регулирования предаточного числа.

Недостатки: проскальзывание ремня, ограниченный срок службы ремня, необходимость натяжных устройств, невозможность применения во взрывоопасных средах.

Применяется в конвеерах, приводах станков, в текстильной промышленности, в швейных машинах.

Приборостроение.

Ремни - кожа, резина.

Шкивы - чугун, алюминий, сталь.

Цепная передача состоит из цепи и шестерён. Служит для передачи вращательного момента на расстояние до 8 метров.

Достоинства: надёжность и прочность, отсутствие проскальзывания, меньшее давление на валы и подшипники.

Недостатки: шум, большой износ, провисание, затруднён подвод смазки.

Материал - сталь.

Классификация.

1. По назначению:

 а) грузовые,

 б) натяжные,

 в) тяговые.

2. По конструкции:

 а) роликовые,

 б) втулочные,

 в) зубчатые.

Применяются в велосипедах, приводах станков и автомобилей, конвейерах.

Валы и оси.

Вал - это деталь, предназначенная для поддержания других деталей с целью передачи вращательного момента.

 В процессе эксплуатации  вал испытывает изгиб и кручение.

Ось - это деталь предназначенная только для поддержания на неё насаженных других деталей, в процессе работы ось испытывает только изгиб.

Классификация валов.

1. По назначению:

 а) прямые,

 б) коленчатые,

 в) гибкие.

2. По форме:

 а) гладкие,

 б) ступенчатые.

3. По сечению:

 а) сплошные,

 б) полые.

Элементы вала. Валы часто изготавливают из стали-20, стали 20х.

Расчёт валов: кр=|Mmax|\W<=[ кр] и=|Mmax|W<=[ и] Оси только на изгиб. W - момент сопротивления сечения [м3].

Муфты.

Муфты - это устройства, предназначенные для соединения валов с целью передачи вращательного момента и обеспечивающие остановку узла без выключения двигателя, а так же предохраняющие работу механизма при перегрузках.

Классификация.

1. Нерасцепляемые:

 а) жёсткие,

 б) гибкие.

Достоинства: простота конструкций, низкая стоимость, надёжность.

Недостатки: может соединять валы одинаковых диаметров.

Материал: сталь-45, серый чугун.

2. Управляемые:

 а) зубчатая,

 б) фрикционная.

Достоинства: простота конструкции, разные валы, возможно отключение механизма при перегрузке.

3. Самодействующие:

 а) предохранительные,

 б) обгонные,

 в) центробежные.

Достоинства: надёжность в работе, передают вращение при достижении определённой частоты вращения за счёт сил инерции.

Недостатки: сложность конструкции, большой износ кулачков.

Выполняются из серых чугунов.

4. Комбинированные.

Муфты подбираются по таблице ГОСТа.

Неразъёмные соединения

 Неразъёмные соединения - это  такие соединения деталей, которые  невозможно разобрать без разрушения  деталей, входящих в это соединение.

К ним относятся: заклёпочные, сварные, паяные, клеевые соединения.

Заклёпочные соединения.

Заклёпочные соединения:

1. По назначению:

 а) прочные,

 б) плотные.

2. По расположению заклёпок:

 а) параллельное,

 б) в шахматном порядке.

3. По числу заходов:

 а) однорядные,

 б) многорядные.

Достоинства: хорошо выдерживают ударные нагрузки, надёжность и прочность, обеспечивают визуальный контакт за качеством шва.

Недостатки: отверстия - концентраторы напряжений и снижают предел прочности, утяжеляют конструкцию, шумное производство.

Сварочные соединения

Сварка - это процесс соединения деталей путём их нагрева до температуры плавления, либо пластической деформацией с целью создания неразъёмного соединения.

Сварка:

 а) газовая,

 б) электродная,

 в) контактная,

 г) лазерная,

д) холодная,

 е) сварка взрывом.

Сварные соединения:

 а) угловое,

 б) стыковое,

 в) нахлёст,

 г) тавровое,

 д) точечное.

Достоинства: обеспечивает надёжное герметичное соединение, возможность соединения любых материалов любой толщины, бесшумность процесса.

Недостатки: изменение физических и химических свойств в зоне шва, коробление детали, сложность проверки качества шва, требуются специалисты высокой квалификации, плохо выдерживают повторно-переменные нагрузки, шов - концентратор напряжения.

Клеевые соединения.

Достоинства: не утяжеляет конструкцию, низкая стоимость, не требует специалистов, возможность соединять любые детали любой толщины, бесшумность процесса.

Недостатки: "старение" клея, низкая теплостойкость, необходимость предварительной зачистки поверхности.

Все неразъёмные соединения рассчитываются на срез.

Тср=Q\A<=[Тср].

Резьбы (классификация)

1. По назначению:

 а) крепёжные,

 б) ходовые,

 в) уплотнительные.

2. По углу при вершине:

 а) метрические(60 ),

б) дюймовая(55 ).

3. По профилю:

 а) треугольная,

 б) трапециидальная,

 в) упорная,

 г) круглая,

д) прямоугольная.

4. По числу заходов:

 а) однозаходная,

б) многозаходная.

5. По направлению винтовой линии:

 а) левые, деталь механизм неразъёмный  соединение

 б) правые.

6. По поверхности:

 а) внешняя,

 б) внутренняя,

 в) цилиндрическая,

 г) коническая.

Резьбовые поверхности можно выполнить:

 а) вручную,

 б) на станках,

 в) на автоматических машинах накатыванием.

Достоинства: простота конструкции, надёжность и прочность, стандартизация и взаимозаменяемость, низкая стоимость, не требует специалистов, возможность соединения любых материалов.

Недостатки: резьба - концентратор напряжений, износ соприкасающихся поверхностей. Материал - сталь, цветные сплавы, пластмасса.

Шпоночные соединения.

Шпонки бывают: призматические, сегментные, клиновые.

Достоинства: простота конструкции, надёжность в работе, длинные шпонки - направляющие.

Недостатки: шпоночный паз - концентратор напряжений.

Шлицевые соединения.

Бывают: прямобокие, треугольные, эвольвентные.

Достоинства: надёжность в работе, равномерное распределение по всему сечению вала.

Недостатки: сложность изготовления.

Структура механизмов. Классификация кинематических пар Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам:

 1) по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев: - низшие, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения); - высшие, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием). Они имеются, например, в зубчатых и кулачковых механизмах).

 2) по относительному движению звеньев, образующих пару: - вращательные; - поступательные; - цилиндрические; - сферические; - винтовые; - плоские. Механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары, называют рычажным.

3) по способу замыкания (обеспечения  контакта звеньев пары): - силовое (за счет действия сил веса  или силы упругости пружины); - геометрическое (за счет конструкции  рабочих поверхностей пары). 

  Рис.2.1   Рис.2.2

4) по числу подвижностей в  относительном движении звеньев.

5) по числу условий связи, накладываемых  на относительное движение звеньев (число условий связи определяет  класс кинематической пары); Тело, находясь в пространстве (в декартовой  системе координат X, Y, Z) имеет 6 степеней  свободы. Оно может перемещаться  вдоль каждой из трёх осей X, Y и Z, а также вращаться вокруг  каждой оси (рис. 2.3). Если тело (звено) образует с другим телом (звеном) кинематическую пару, то оно теряет  одну или несколько из этих 6 степеней свободы.                  

      Рис. 2.3.

 Степени свободы тела в  пространстве Все пары делятся на пять классов, в зависимости от числа налагаемых связей на подвижность каждого из звеньев. Например, если телами (звеньями), образовавшими кинематическую пару, утрачено по 5 степеней свободы каждым, эту пару называют кинематической парой 5-го класса. Если утрачено 4 степени свободы – 4-го класса и т.д. Число степеней подвижности обозначается за . Число налагаемых связей обозначается за . При этом число степеней подвижности можно определить по формуле: . Пара первого класса: ; . Пара второго класса: ; . Пара третьего класса: ; . Пара четвёртого класса: ; . Пара пятого класса: ; . Примеры классификации пар: Рассмотрим кинематическую пару «винт-гайка» (рис.2.4). Число степеней подвижности этой пары равно 1, а число налагаемых связей равно 5. Это пара будет являться парой пятого класса, свободным можно выбрать только один вид движения для винта или гайки, а второе движение будет сопутствующим.               

  Рис.2.4

Классификация кинематических цепей Несколько звеньев, соединённых между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь. Кинематические цепи бывают: - замкнутые (простые). В замкнутой цепи каждое звено входит не менее, чем две кинематические пары. - разомкнутые (простые). - сложные. По признаку наличия разветвлений различают цепи простые (каждое звено цепи входит не более, чем две кинематических пары) и сложные или разветвленные (некоторые звенья входят в три, или более пары); в разветвленных цепях могут присутствовать так называемые кратные (двойные, тройные и т.д.) шарниры. По области движения звеньев цепи бывают плоские (траектории движения точек всех звеньев - плоские кривые, лежащие в параллельных плоскостях) и пространственные. Чтобы из кинематической цепи получить механизм, необходимо: - одно звено сделать неподвижным, т.е. образовать станину (стойку); - одному или нескольким звеньям задать закон движения (сделать ведущими) таким образом, чтобы все остальные звенья совершали требуемые целесообразные движения. Некоторые дополнительные определения: Обобщенная координата механизма – каждая из независимых координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки; Число степеней свободы механизма – это число степеней свободы всей кинематической цепи относительно неподвижного звена (стойки). Для пространственной кинематической цепи в общем виде условно обозначим: - количество подвижных звеньев – n, - количество степеней свободы всех этих звеньев – 6n, - количество кинематических пар 5-го класса – P5, - количество связей, наложенных кинематическими парами 5-го класса на звенья, входящие в них, – 5Р5, - количество кинематических пар 4-го класса – Р4, - количество связей, наложенных кинематическими парами 4-го класса на звенья, входящие в них, – 4Р4 и т.д. Звенья кинематической цепи, образуя кинематические пары с другими звеньями, утрачивают часть степеней свободы. Оставшееся число степеней свободы кинематической цепи относительно стойки можно вычислить по формуле Это структурная формула пространственной кинематической цепи, или формула Малышева, получена П.И. Сомовым в 1887 году и развита А.П. Малышевым в 1923 году. Величину W называют степенью подвижности механизма (если из кинематической цепи образован механизм). Для плоской кинематической цепи и соответственно для плоского механизма Эту формулу называют формулой П.Л. Чебышева (1869). Она может быть получена из формулы Малышева при условии, что на плоскости тело обладает не шестью, а тремя степенями свободы: Величина W показывает, сколько должно быть у механизма ведущих звеньев (если W = 1 – одно, W = 2 – два ведущих звена и т.д.). Понятие о структурном синтезе и анализе Cтруктура любой технической системы определяется функционально связанной совокупностью элементов и отношений между ними. При этом для механизмов под элементами понимаются звенья, группы звеньев или типовые механизмы, а под отношениями подвижные (КП) или неподвижные соединения. Поэтому под структурой механизма понимается совокупность его элементов и отношений между ними, т.е. совокупность звеньев, групп или типовых механизмов и подвижных или неподвижных соединений. Геометрическая структура механизма полностью описывается заданием геометрической формы его элементов, их расположения, указания вида связей между ними. Структура механизма может быть на разных стадиях проектирования описываться различными средствами, с разным уровнем абстрагирования: на функциональном уровне - функциональная схема, на уровне звеньев и структурных групп - структурная схема и т.п. Структурная схема - графическое изображение механизма, выполненное с использованием условных обозначений рекомендованных ГОСТ (см. например ГОСТ 2.703-68) или принятых в специальной литературе, содержащее информацию о числе и расположении элементов (звеньев, групп), а также о виде и классе кинематических пар, соединяющих эти элементы. В отличие от кинематической схемы механизма, структурная схема не содержит информации о размерах звеньев и вычерчивается без соблюдения масштабов. (Примечание: кинематическая схема - графическая модель механизма, предназначенная для исследования его кинематики.) Как на любом этапе проектирования при структурном синтезе различают задачи синтеза и задачи анализа. Задачей структурного анализа является задача определения параметров структуры заданного механизма - числа звеньев и структурных групп, числа и вида КП, числа подвижностей (основных и местных), числа контуров и числа избыточных связей. Задачей структурного синтеза является задача синтеза структуры нового механизма, обладающего заданными свойствами: числом подвижностей, отсутствием местных подвижностей и избыточных связей, минимумом числа звеньев, с парами определенного вида (например, только вращательными, как наиболее технологичными) и т.п. Основные понятия структурного синтеза и анализа Подвижность механизма - число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение звеньев механизма на плоскости или в пространстве. Связь - ограничение, наложенное на перемещение тела по данной координате. Избыточные (пассивные) - такие связи в механизме, которые повторяют или дублируют связи, уже имеющиеся по данной координате, и поэтому не изменяющие реальной подвижности механизма. При этом расчетная подвижность механизма уменьшается, а степень его статической неопределимости увеличивается. Иногда используется иное определение: Избыточные связи - это связи число которых в механизме определяется разностью между суммарным числом связей, наложенных кинематическими парами, и суммой степеней подвижности всех звеньев, местных подвижностей и заданной (требуемой) подвижностью механизма в целом. Местные подвижности - подвижности механизма, которые не оказывают влияния на его функцию положения (и передаточные функции), а введены в механизм с другими целями (например, подвижность ролика в кулачковом механизме обеспечивает замену в высшей паре трения скольжения трением качения). Структура механизмов Среди всего многообразия конструкций механизмов различают: стержневые (рычажные), кулачковые, фрикционные, зубчатые механизмы, механизмы с гибкими звеньями (например, ременные передачи) и др. виды. Менее распространенные классификации подразумевают наличие механизмов с низшими или высшими парами в плоском или пространственном исполнении и т.д.                                                                                     

  Учитывая возможность условного превращения практически любого механизма с высшими парами в рычажный, в дальнейшем наиболее подробно рассматривается именно эти механизмы, а структурные схемы других механизмов изложены в соответствующих разделах. Среди рычажных механизмов наиболее распространенны так называемые четырехзвенные, примеры которых представлены на рис.2.5, а-г. Виды звеньев (рис. 2.6 и рис.2.7):                                         

Рис.2.6    Рис.2.7

 стойка – звено, принимаемое за неподвижное; такое звено в механизме может быть только одно; кривошип – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси; коромысло – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси; шатун –  звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями; кулиса –  звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару; в зависимости от степени протяженности элемента поступательной пары различают «камень»  (звено меньшей протяженности) и «направляющую»; ползун –  звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой; кулачок –  звено, имеющее элемент высшей пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны; камень – звено, совершающее поступательное движение относительно подвижной направляющей, называемой кулисой; зубчатое колесо – звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающее непрерывное движение другого зубчатого колеса или рейки. Количество типов и видов механизмов исчисляется тысячами, поэтому классификация их необходима для выбора того или иного механизма из большого ряда существующих, а также для проведения синтеза механизма. Универсальной классификации нет, но наиболее распространены 3 вида классификации: Функциональная. По принципу выполнения технологического процесса механизмы делятся на механизмы: приведения в движение режущего инструмента; питания, загрузки, съёма детали; транспортирования и т.д.; Структурно-конструктивная. Предусматривает разделение механизмов как по конструктивным особенностям, так и по структурным принципам. К этому виду относят механизмы: кривошипно-ползунный; кулисный; рычажно-зубчатый; кулачково-рычажный и т.д.; Структурная. Проста, рациональна, тесно связана с образованием механизма, его строением, методами кинематического и силового анализа, была предложена Л.В. Ассуром в 1916 году и основана на принципе построения механизма путем наслоения (присоединения) кинематических цепей (в виде структурных групп) к начальному механизму.

 Разъемные соединения

К разъемным соединениям относятся резьбовые соединения, выполняемые с помощью резьбовых деталей (болты, гайки, винты, шпильки), соединения при помощи шпонок, шлицов, штифтов и клиньев, а также соединения, выполненные посредством посадок с гарантированным натягом.

Резьбовые соединения

Резьбовые соединения относятся к самым распространенным соединениям. Основой такого соединения является винтовая пара, т.е. винт и гайка, соединяющиеся между собой с помощью винтовой поверхности резьбы.

 Для крепежных деталей резьбовых  соединений применяются, как правило, правые однозаходные метрические  резьбы треугольного профиля.

 

 В резьбовых соединениях  труб также применяются однозаходные  треугольные резьбы, но с другим  углом профиля и без зазоров  при вершине, что увеличивает  плотность соединения 

 В отдельных случаях для  соединения маслопроводов и установки  масленок применяются так называемые  конические резьбы, гарантирующие  плотность и быстроту соединения.

 Витки резьбы при работе  винтовой пары (при затяжке гайки  или при передаче усилия) нагружены  осевой силой, которая стремится  смять боковую поверхность витков  и изогнуть их или срезать  у основания.

 Опасным местом болта является  минимальное сечение по внутреннему  диаметру резьбы d1.

 Нормальные напряжения σ  в таких болтах можно определить  по формуле:

 Достаточно прочной будет  такая винтовая пара, у которой  напряжения от смятия, среза и  изгиба резьбы и напряжения  от растяжения стержня винта  не превышают допустимых. В крепежных резьбовых деталях, изготавливаемых по ГОСТам, все размеры согласованы для получения равнопрочности. Поэтому, чтобы выбрать крепежную деталь, достаточно определить из условий прочности на растяжение внутренний диаметр стержня и подобрать соответствующую ему стандартную деталь.

Болт представляет собой цилиндрический стержень, снабженный на одном конце головкой, обычно шестигранной формы, а на другом конце — резьбой, на которую навинчивается гайка, обычно также шестигранная.

Винт - это тот же болт, но крепящий детали без гайки за счет ввинчивания его в одну из деталей.

Шпилькой называют цилиндрический стержень, имеющий резьбу на обоих концах. Одним концом она ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а на второй конец навинчивается гайка.

Гайка — деталь, имеющая отверстие с резьбой и предназначенная для закрепления соединяемых деталей. Гайки можно навинчивать как на болты и шпильки, так и непосредственно на соединяемые детали, если они имеют для этого соответствующую резьбу.

 Резьбовые соединения помимо  достаточной прочности должны  быть предохранены от самоотвинчивания, которое возможно при знакопеременных нагрузках и вибрации. Меньше подвержены самоотвинчиванию резьбы с мелким шагом, имеющие меньший угол подъема винтовой линии, а следовательно, больший запас самоторможения, но и они нуждаются в предохранении от самоотвинчивания.