Общие сведения о проектировании машин

документации, содержащей технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки

и другие материалы, необходимые для производства машины. Совокупность конструкторских документов, полученных в результате проектирования, называется проектом. Проектирование осуществляется на основании ЕСКД.

требуется дать следующие базовые понятия:

КОМПОНОВКА — расположение основных деталей, узлов, сборочных единиц будущего объекта. РАСЧЁТ — численное определение усилий, напряжений и деформаций в деталях, установление условий их нормальной работы; выполняется по мере необходимости на каждом этапе конструирования. ЧЕРТЁЖ — точное графическое изображение объекта, содержащее полную информацию об его форме, размерах и основных технических условиях изготовления. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА — текстовый документ (ГОСТ 2.102-68), содержащий описание устройства и принципа действия изделия, а также технические характеристики, экономическое обоснование, расчёты, указания по подготовке изделия к эксплуатации. СПЕЦИФИКАЦИЯ — текстовый табличный документ, определяющий состав изделия (ГОСТ 2.102-68). ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ — первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), когда устанавливаются принципиальные конструктивные и схемные решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ — заключительный этап проектирования (ГОСТ 2.120-73), когда выявляются окончательные технические решения, дающие полное представление об изделии. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ — полный комплект рабочей документации (текстовой и графической ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в которой содержится полная информация о конструкции, изготовлении, эксплуатации и ремонте машины.

расчет, при котором обычно определяются основные размеры деталей.
проверочный расчет,

для известной конструкции определяется значение напряжений в опасных сечениях, тепловой режим, долговечность и другие параметры.

хотеть всего и сразу, то требования к машинам многообразны и

часто противоречивы, однако их можно условно разделить на основные взаимосвязанные группы: -- технологические требования; -- экономические требования; -- эксплуатационные требования. Качество машины, т.е. её максимальное соответствие всем требованиям невозможно без неустанного внимания инженера на всех стадиях “жизни” машины. Качество закладывается на стадии проектирования, обеспечивается на стадии производства и поддерживается в процессе эксплуатации. Степень соответствия требованиям характеризуют критерии качества (греч. “крит эрион” узкое место) — некие конкретные параметры (греч. “пара мэ трос” измеряемый), т.е. измеряемые или вычисляемые величины. Однако известно, что полное удовлетворение всех требований — абсолютно невыполнимая задача, поэтому всегда приходится идти на компромисс, обозначая главные требования и обеспечивая соответствующие им критерии качества. Отметим поэтому лишь основные требования к деталям и машинам.

заданные функции в пределах технических требований
критерии работоспособности машин :
прочность;
теплостойкость.

жесткость;

устойчивость;

износостойкость;
виброустойчивость;
Прочность

это способность детали сопротивляться разрушению.
Прочность оценивается по допускаемым напряжениям и по коэффициентам запаса прочности.
Условие прочности рассчитываемой детали выражается неравенством
  [] или   [],
где: и [] – соответственно рабочее и допускаемое нормальные напряжения;
 и [] – рабочее и допускаемое касательные напряжения.
Второй способ оценки прочности это расчет по коэффициентам запаса прочности.
Максимальные напряжения max и max при статических нагрузках определяют по формулам:
max = пред/[n], max = пред/[n],

напряжения; [n] – допускаемый коэффициент запаса прочности для рассчитываемой детали

машины.
Иногда сравниваются действительный коэффициент запаса прочности n, который имеет рассчитываемая деталь, с допускаемым коэффициентом запаса прочности [n]. В этом случае условие прочности рассчитываемой детали машины выражается неравенством n  [n]
Расчет по коэффициентам запаса прочности проводится чаще как проверочный.

Жесткость -. способность деталей машин сопротивляться изменению их формы под действием прикладываемых нагрузок.
Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации.
Оценивается жесткость по допускаемым перемещениям и углам поворота
  [];
[],
где [] и [] допускаемые значения перемещения и угла поворота сечения детали.

нагрузки.
Износостойкость – способность изделия противостоять процессу износа.
Износ – процесс

постепенного уменьшения размеров деталей в результате трения.

Стадии износа

механическое
(усталостное, абразивное)

молекулярно-механйческое

коррозионно-механическое

Виды изнашивания:

приработка

установившееся изнашивание

катастрофический износ.

По характеру промежуточной среды различают

при упругом контакте

при пластическом контакте

при микрорезании.

По характеру деформиро-вания поверхностного слоя

сухое трение

граничное трение

жидкостное трение

недопустимых колебаний.
Теплостойкость – это способность машины работать в условиях

длительного воздействия высоких или низких температур.
Работа деталей машин в условиях экстремальных температур вызывает следующие вредные последствия:
понижение прочности материала и появление ползучести при нагревании и увеличение хрупкости при охлаждении;
понижение защищающей способности масляных пленок (уменьшение или увеличение вязкости масла);
изменение зазоров в сопряженных деталях (заклинивание, задиры и т.д.);
понижение точности работы машины.

Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Надежность

безотказность

ремонтопригодность

сохраняемость

долговечность

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Наработка - продолжительность или объем работы объекта

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

составляющих элементов:
Р(t) = P1(t)P2(t)…Pn(t)
Из формулы видно,что:
надежность сложной системы всегда меньше

надежности самого ненадежного элемента, поэтому важно не допускать в систему ни одного слабого элемента;
чем больше элементов имеет система, тем меньше ее надежность.
Основные пути повышения надежности:
проектирование по возможности простых изделий с меньшим числом деталей;
рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию;
хорошая система смазки;
применение предохранительных устройств;
использование стандартных узлов и деталей;
параллельное соединение элементов и так называемое резервирование;
ремонтнопригодность (доступность к узлам и деталям для осмотра и замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями).

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после срока хранения и (или) транспортирования.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

детали и узлы, требующие минимальных затрат средств, времени и труда

в производстве, эксплуатации и ремонте.
Технологичность деталей обеспечивается:
очерчиванием 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.
Показателями технологичности
трудоемкость изготовления (измеряемое в нормо-часах количество труда, необходимое для изготовления изделия без учета покупных деталей);
технологическая себестоимость (сумма затрат на осуществление технологических процессов изготовления без учета покупных деталей;
коэффициент стандартизации деталей.

и ремонт. Экономичность деталей и узлов достигается оптимизацией их формы

и размеров из условия минимума материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости производства, за счет максимального коэффициента полезного действия в эксплуатации при высокой надежности; высокой специализацией производства и т. д.
Эстетичность. Совершенство и красота внешних форм деталей, узлов и машины в целом существенно влияют на отношение к ней со стороны обслуживающего персонала.
Красивый внешний вид деталям, узлам и машине придают форма и внешняя отделка конструкции (декоративная полировка, окраска, нанесение гальванических покрытий и окисных пленок и т. д.).

завершённой классификации всех существующих деталей машин, т.к. конструкции их многообразны

и, к тому же, постоянно разрабатываются новые. Для ориентирования в бесконечном многообразии детали машин классифицируют на типовые группы по характеру их использования:
-- ПЕРЕДАЧИ передают движение от источника к потребителю. -- ВАЛЫ и ОСИ несут на себе вращающиеся детали передач. -- ОПОРЫ служат для установки валов и осей. -- МУФТЫ соединяют между собой валы и передают вращающий момент. -- СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ (СОЕДИНЕНИЯ) соединяют детали между собой. --УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ смягчают вибрацию и удары, накапливают энергию, обеспечивают постоянное сжатие деталей. -- КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ организуют внутри себя пространство для размещения всех остальных деталей, обеспечивают их защиту.
Рамки учебного курса не позволяют изучить все разновидности деталей машин и все нюансы проектирования. Однако знание, по крайней мере, типовых деталей и общих принципов конструирования машин даёт инженеру надёжный фундамент и мощный инструмент для выполнения проектных работ практически любой сложности. В следующих главах мы рассмотрим приёмы расчёта и проектирования типовых деталей машин.