Детали машин

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:

                                                    Студент гр. КЗ - 489                                                     

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 определяется необходимой наработкой, которая может исчисляться: в часах работы станка, налета самолета и т. д., в километрах пробега автомобиля, гектарах обработанной земли для сельскохозяйственной машины и т. д. Надежность закладывается на всех этапах создания и эксплуатации изделий. Ошибки проектирования, погрешности в производстве, небрежность при упаковке и транспортировании, отступление от правил эксплуатации изделия сказываются на его надежности.

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 совершенство внешних форм деталей, узлов и  машины в целом, их красивый внешний вид (декоративная полировка, окраска, гальванические покрытия, оксидные пленки и т. д.). Она существенно влияет на отношение к машине со стороны обслуживающего персонала.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 сопротивляться абразивному изнашиванию. Определяется сравнением результатов испытаний  эталонного и испытываемого образцов при их трении о поверхность с закрепленными на ней абразивными частицами. В качестве эталонного образца применяют технически чистые отожженные алюминий или железо.[2]

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.