Группа Ст 21, 14.04 2022 г., техническая механика
методическая разработка

Основные положения раздела «Детали машин»

Учебный курс «Детали машин» преподают на технических факультетах колледжа. Им завершается общетехническая подготовка студентов. Именно выполняя свой первый проект, будущий техник приобретает навыки конструирования техники. Конструирование представляет собой творческий поиск оптимального варианта структурного синтеза механизма (машины), материалов, форм и размеров деталей, а также установление взаимосвязи различных элементов для реализации требований технического задания с учетом достижений науки и техники и возможностей промышленности.

Проектирование – процесс создания проекта – прототипа, прообраза предполагаемого объекта.

В процессе проектирования и конструирования машин разрабатывают документацию, необходимую для их изготовления, монтажа, испытания и эксплуатации.

ГОСТ 2.103-68* устанавливает пять стадий проектирования:

- техническое задание;

- техническое предложение;

- эскизный проект;

- технический проект;

- разработка рабочей документации.

Техническое задание содержит назначение, технические характеристики и требования к показателям качества разрабатываемого изделия.

Техническое предложение включает в себя совокупность конструкторских документов по обоснованию технической и технико-экономической целесообразности разработки изделия с учетом технического задания.

Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, отражающие общее представление об устройстве и принципе действия проектируемого изделия, а также данные, определяющие его назначение и основные параметры.

Эскизный проект обычно разрабатывают в нескольких вариантах с необходимыми размерами, как правило, он служит основанием для разработки технического проекта.

Технический проект – конструкторская разработка, содержащая окончательное техническое решение и дающая полное представление об устройстве разрабатываемого изделия. В проект входят чертежи общих видов изделия и его сборочных единиц, а также пояснительная записка, в которой обоснованы показатели надежности сборочных единиц и изделия в целом, отражено соответствие изделия требованиям техники безопасности и охраны окружающей среды, экономическим нормам и др.

Разработка рабочей документации – заключительная стадия проектирования, в ходе которой разрабатывают конструкции деталей, удовлетворяющие требованиям их надежности, технологичности и экономичности.

Основные понятия надежности определены ГОСТ 27.002-89.

Надежность – свойство объекта (системы машин, агрегата, изделий, входящих в состав машины) выполнять в течении времени или заданной наработки свои функции в заданном режиме и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность – комплексное свойство, которое включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей при проведении технического обслуживания и ремонта с относительно небольшими затратами.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять свои эксплуатационные показатели в течении регламентированного срока хранения и транспортирования.

Для количественной оценки одного или нескольких свойств надежности изделий как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации используют ряд показателей. Основной показатель безотказности – вероятность безотказной работы в пределах данного отрезка времени или требуемой наработки, которая определяется по формуле:

где  - вероятность безотказной работы;

m – число изделий, отказавших за время t;

N – число испытуемых изделий.

Для восстанавливаемых изделий показателей безотказности служат средняя наработка на отказ и параметр потока отказов:

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия.

Наработка на отказ определяется как отношение наработки восстанавливаемой машины к ожидаемому числу отказов в течение этой наработки.

Единичные показатели долговечности – средний ресурс или средняя наработка до предельного состояния и гамма - процентный ресурс.

Ресурс –наработка изделия от начала его эксплуатации до наступления предельного состояния, который определяют по формуле:

где   - срок службы i-го изделия;

-число испытуемых изделий данного типа.

Гамма - процентный ресурс – наработка, в течение которой изделие сохраняет работоспособное состояние с заданной вероятностью гамма - процентов. (Определяется по справочнику Машиностроителя)

Надежность проектируемой машины оценивают по ожидаемой вероятности безотказной работы, как одной из главных количественных характеристик надежности. Для этой цели изделие представляют в виде структурной схемы. Любая механическая система состоит из ряда простых элементов (двигателей, передаточных механизмов, подшипников, муфт и др.), которые могут соединяться между собой для передачи энергии последовательным, параллельным или комбинированным способом.

Во время работы в машине, ее агрегатах, сборочных единицах и деталях возникают внезапные и постепенные отказы.

Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров. Внезапные отказы наступают из-за усталостного разрушения деталей, поломки их под действием перегрузок или внутренних дефектов. Характерные примеры внезапных отказов – обрыв или соскакивание цепей, аварийная поломка зубьев, валов, обрыв ремней и др.

Постепенный отказ возникает в результате постепенного изменения одного или нескольких параметров объекта. Такие отказы обусловлены увеличением зазоров, ослаблением посадок вследствие износа.

Поломка деталей служит серьезной причиной выхода из строя машины. Как правило, поломки происходят из-за ошибок при проектировании, нарушении технологии изготовления деталей и сборки машины, резкого изменения условий эксплуатации, а также из-за усталостных явлений, приводящих к снижению прочности, изменению формы и координации деталей.

Основные критерии работоспособности:

Прочность – способность детали противостоять разрушению или возникновению пластических деформаций в течение требуемого срока службы.

В инженерной практике, из курса «Сопротивление материалов», чтобы оценить прочность конструкции, сравнивают максимальные рабочие напряжения, возникающие в деталях машин под действием нагрузок, с допустимыми по условиям прочности:

.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению их формы под действием нагрузок.

Чтобы оценить жесткость деталей машин, сравнивают наибольшие значения линейного или углового перемещения, или угла поворота с допускаемыми значениями.

Износостойкость представляет собой сопротивляемость детали изнашиванию.

Расчет на износостойкость проводят обычно косвенными методами, сводящимися к определению размеров изнашиваемых поверхностей, обеспечивающих рабочее удельное давление ниже допустимого.

Теплостойкость – свойство конструкции сохранять работоспособность в заданном температурном режиме.

Необходимость оценки теплостойкости машины возникает при изменении температуры среды или значительных потерях мощности, обусловленных трением и сопровождаемых интенсивным тепловыделением. Повышение температуры нагрева выше допустимой может привести к нарушению условий смазывания, изменению механических свойств материалов и деформациям деталей. Тепловой режим необходимо учитывать во время проектирования и при выборе материалов и размеров конструкций, смазочных материалов.

Виброустойчивость – способность конструкции работать в рабочем режиме без допустимых колебаний.

Повышение рабочих скоростей машин часто способствует возникновению вибраций, нагрузки которых могут вызвать усталостное разрушение детали. Колебания также вызывают шум.  С целью предотвращения колебаний изменяют динамические свойства системы – моменты инерции масс и податливость соединений. Подробно расчеты на колебания рассмотрены в курсе теории колебаний.