План1. Машины и их основные элементы2. Плоская система сил3. КручениеСписок использованной литературы
1. Машины и их основные элементыОсновные сведения о машинах и механизмах
В строительстве применяются различные машины и механизмы,предназначенные для повышения производительности труда и облегчения труда людей.В состав механизмов входит множество тел, часть из которых совершает движения.Закономерность движения определяется связями этих тел друг с другом. Так,подвижная губка слесарных тисков будет двигаться вполнеопределенно-поступательно при вращении рукоятки.
Механизм — это система тел, связанных между собой и предназначенныхдля преобразования движения одного или нескольких тел в движения других тел.Тела, образующие механизм, называются звеньями.
Звенья в свою очередь могут состоять из нескольких отдельных тел,жестко соединенных между собой. Такие тела называют деталями.
В каждом механизме обязательно есть неподвижное звено, котороеназывают стойкой или станиной. Звено, движение которомусообщается извне, называют ведущим, а звено, которому движение передается,—ведомым. В слесарных тисках, например, корпус с неподвижной губкойобразует неподвижное звено, ведущим звеном является рукоятка, а ведомым —подвижная губка.
Подвижное соединение двух звеньев называют кинематической парой.В зависимости от характера движения пары бывают вращательныеи.поступательные. Если механизм имеет более двух звеньев, то его можно разбитьна несколько пар. Систему звеньев, образующих между собой кинематические пары,называют кинематической цепью.
На чертежах для указания пути передачи движения от ведущего звена кведомому, а также для возможности изучения движения зиеньев механизма вместоконструктивного изображения кинематических пар и звеньев механизма вводят ихусловные изображения в виде схем. Схема, на которой в условных обозначенияхпоказаны звенья и пары, называется кинематической схемой механизма.
Па рис. 1.1, а в качестве примера представлена конструктивная схемамеханизма двигателя внутреннего сгорания, а на рис. 1.1, б — егокинематическая схема. Механизм имеет четыре звена: поршень У, неподвижныйцилиндр 2, шатун 3 и кривошип 4, образующих кинематическуюцепь, состоящую из одной поступательной пары: стойка (неподвижный цилиндр) —ползун, и трех вращательах пар — ползун — шатун, шатун — кривошип, кршюшип —гойка.
Механизмы чаще всего являются составными частями машин. Машина —это устройство, выполняющее механические движе-ия для преобразования энергииили для выполнения полезной аботы.
По характеру выполняемых работ машины можно разделить на веосновные группы: энергетические и рабочие.
/>
Рис. 1.1. Схема механизма двигателя внутреннего сгорания
Энергетические машины служат для преобразования любого вида энергиив механическую работу и наоборот. Например, двигатель внутреннего сгоранияпревращает химическую энергию топлива в механическую энергию вращающегося вала,а в электрогенераторе механическая энергия превращается в электрическую.
Рабочие машины делятся на технологические и транспортные.Технологические машины преобразуют материал. К ним, например, относятся машиныдля земляных работ, камнедробилки и многие другие.
Транспортные машины — автомобили, насосы, транспортеры и другие —используются для перемещения материалов, не изменяя их форму и свойства.
Рабочая машина приводится в движение энергетической машиной.Движение от нее передается рабочему органу, который непосредственновоздействует на обрабатываемый материал. При этом рабочий орган можетсоединяться непосредственно с двигателем или через передаточный механизм.
Механические передачи
Механической передачей называется механизм, служащий дляпреобразования скорости движения и момента двигателя при передаче его рабочемуоргану машины.
Различают передачи, осуществляемые силами трения,— ременные,фрикционные, и передачи, основанные на использовании зацепления,— цепные,зубчатые и червячные.
В каждой передаче различают два вала: ведущий и ведомый; Ведущийвал приводит во вращение ведомый. Основными характеристиками передачи являютсямощность на ведущем Л/\ и на ведомом N2 валах,быстроходность, определяемая частотой вращения ведущего щ и ведомого п2валов.
/>/>
Передачу характеризуют также передаточное число i икоэффициент полезного действия (КПД) г\.
Для определения вращающего момента (Мв), действующего навалах, пользуются формулой: Мв = 9550 N/n, Н-м, где N—в кВт, п — в об/мин.
В строительных машинах чаще всего применяются передачи при i>l.При передаче мощности с ведущего вала на ведомый они уменьшают частоту вращенияи одновременно увеличивают вращающий момент.
Ременная передача состоит из двух шкивов, жестко закрепленных навалах, и бесконечного ремня, надетого на шкивы с начальным натяжением. Движениес ведущего шкива на ведомый передается за счет сил трения, возникающих междушкивами и ремнем.
В строительных машинах наиболее распространены клиноре-менныепередачи. Клиновые ремни изготавливают хлопчатобумажными прорезиненными в видезамкнутой бесконечной ленты семи различных типов: О, А, Б, В, Г, Д, Е, которыеотличаются размерами поперечного сечения.
Передаточное число ременной передачи определяется по приближеннойформуле
/>
Ременные передачи применяются преимущественно для передачи вращениямежду параллельными валами, расположенными на значительном расстоянии.
Фрикционная передача представляет собой два катка, сесткопосаженных на валах и прижатых друг к другу некоторой илой. Передача движенияосуществляется силами трения по по-1ерхности прижатия катков.
Зубчатая передача состоит из пары зубчатых колес, кесткосоединенных с валами. Зубья одного колеса входят во впа-шны другого. Привращении ведущего колеса зубья его перекаты-»даются по зубьям ведомого,воздействуют на него и приводят во вращение.
/>
Рис. 1.4. Схема зубчатой передачи:
I—шаг зацепления; h — высота зуба; h' — высотаголовки зуба; h» — высота ножки зуба; ЙЦ2) — диаметр делительной окружности;dn^) —диаметр окружности впадин; d. —диаметр окружности выступов
Передаточное число зубчатой передачи
/>
где 21(z2 — число зубьевсоответственно ведущего и ведомого колес.
Толщина зуба и ширина впадины, измеренные по дуге окружности, неявляются постоянными. У основания зуба его толщина максимальна, а ширинавпадины — минимальна, у вершины зубьев— наоборот. Окружность, по которойтолщина зуба равна ширине впадины, называется начальной. При нарезкезубьев нормального зацепления эту окружность используют для настройки станка.По этой причине ее также называют делительной.
Зубчатые передачи характеризуются шагом t и модулем m =tjn.
Шагом зубчатого зацепления называют расстояниемежду одноименными профилями (правым и левым) двух соседних зубьев, измеренноепо дуге начальной окружности .
Модуль зубчатого зацепления m измеряется в миллиметрах.Значения модулей стандартизованы. Все размеры зубчатого колеса принято выражатьв долях модуля.
В зависимости от формы колес зубчатые передачи бываютцилиндрические и конические, в зависимости от расположения зубьев — прямозубые, косозубые и шевронные (угловые) .
/>
Зубчатые передачи наиболее распространены, так как обеспечиваютпостоянное передаточное число, высокий КПД, возможность передачи большихусилий, имеют малые габариты. К недостаткам передач относятся сложностьизготовления и небольшое межосевое расстояние.
Червячную передачу образуют червяк и червячное колесо. Червяк —это винт с трапецеидальной резьбой. Он бывает однозаходный и многозаходный. Червячноеколесо — цилиндрическое колесо, снабженное косыми зубьями, имеющими впадинуна середине обода. Движение в червячной передаче осуществляется от червяка кколесу.
Передаточное число червячной передачи определяется как отношениечисла зубьев колеса zK к числу заходов червяка z4:
/>
Главные достоинства червячной передачи — возможность полу-ениябольших передаточных чисел (до 200), плавность в работе бесшумность. Червячныепередачи с небольшим числом заходов червяка обладают свойством самоторможения,т. е. вращение от червячного колеса не может передаваться червяку. Это свойствочасто используют в подъемных механизмах небольшой грузоподъемности, например вчервячных талях.
Они служат для понижения частоты вращения и увеличения вращающихмоментов. В зависимости от числа зубчатых передач редукторы бывают одно-, двух-и трехступенчатые. Передаточное число редуктора равно произведению передаточныхчисел каждой пары. В зависимости от формы колес они бывают цилиндрические,конические, коническо-цилиндрические, червячные.
Цепные передачи состоят из ведущей и ведомой звездочек,охватываемых бесконечной цепью. Они применяются для передачи момента вращениямежду параллельными валами, находящимися на значительном расстоянии. В отличиеот ременных цепные передачи могут передавать значительно большую мощность.
Передаточное число цепной передачи определяется как отношение числазубьев ведомой звездочки к числу зубьев ведущей звездочки. Звездочки цепныхпередач по конструкции напоминают зубчатые колеса, но имеют другой профильзубцов. Цепи бывают втулочные, роликовые и зубчатые. Для нормальной работыпередачи цепи должны иметь предварительное натяжение. В процессе эксплуатацииони требуют периодической смазки.
2. Плоская система сил
Частный случай общей поставки задачи.
Пусть все действующие силы лежат в одной плоскости – например,листа. Выберем за центр приведения точку О – в этой же плоскости. Получимрезультирующую силу /> и результирующую пару /> в этой жеплоскости, то есть
/>
3. Кручение
Распределение напряжений при кручении
Деформация кручения возникает, как было отмечено ранее, придействии на брус нагрузок, создающих противоположные пары сил в плоскостях,перпендикулярных продольной оси бруса. Так как при этом прямолинейныеобразующие круглого бруса принимают вид винтовых линий (это легко наблюдать нарезиновом стержне), то можно предположить, что при кручении каждое поперечноесечение по отношению к соседнему поворачивается на некоторый угол. Можно такжепредставить, что брус сложен из множества тончайших дисков; при поворотекаждого из них на стыке с соседним происходят перемещения точек в плоскостях,перпендикулярных оси бруса. Вывод таков: при кручении бруса в каждом сечениипроисходит деформация сдвига и возникают касательные напряжения. Однако, еслипри сдвиге все точки деформируемого сечения прямолинейно смещались на равныерасстояния, то при кручении материал в разных точках, находящихся на разныхрасстояниях от оси бруса, испытывает разные деформации. Чем дальше точкаудалена от оси, тем больше перемещение по дуге. Но так как по закону Гука напряженияпрямо пропорциональны относительной деформации, то очевидно, что и напряжения вразличных точках одного и того же сечения будут различны и прямопропорциональны расстоянию точки от центра сечения, называемого полюсом. Вточке сечения, совпадающей с полюсом, напряжение будет равно нулю, а наибольшиенапряжения тmax возникают в наиболее удаленных от полюса точках, расположенныхна поверхности бруса. Таким образом, первое различие деформаций кручения исдвига заключается в различных законах распределения напряжений по сечению.Второе различие состоит в том, что использование метода сечений при сдвигепозволяет выявить равнодействующую внутренних сил (поперечную силу Q), а прикручении тот же метод приводит к обнаружению равнодействующей пары сил, создающейвнутренний крутящий момент Т. Оба различия деформаций необходимо иметь в видупри определении действительных напряжений при кручении. Вывод расчетнойформулы для определения действительных напряжений в опасных точках сеченияскручиваемого бруса (тmах) достаточно сложен и требует большого числаматематических преобразований, но основывается он на известных положениях. Ихпоследовательность, соответствующая порядку действий при математическихпреобразованиях, такова. В любом сечении скручиваемого бруса должен действоватьвнутренний крутящий момент сил упругости, равный внешнему вращающему моменту ивозникающий следующим образом: в каждой точке деформируемого сечения действуеткасательное напряжение, по закону Гука прямо пропорциональное относительной деформации;если предположить, что в окрестностях точки, т. е. на очень маленькой площадке,это напряжение остается неизменным, то это равносильно тому, что в сечениидействуют элементарные касательные внутренние силы, каждая из которых создаетотносительно оси бруса (полюса сечения) элементарный внутренний момент: суммаэтих элементарных моментов и является внутренним крутящим моментом. Соответствующиеприведенным рассуждениям математические преобразования (при условии, что брусимел круглое поперечное сечение диаметром d) приводят к формуле тmax = T/(п *d^3 / 16) Выражение (пd^3)/16 называют полярным моментом сопротивления сечениякручению и обозначают Wp (размерность — м3, см3 или мм3). Для практическихрасчетов можно принять, что пd^3/16~=0,2d^3 . Сравнение формул для определениядействительных напряжений при сдвиге (тср = Q/S) и кручении (тmах = = T/Wp)позволяет сделать вывод, что в правых частях приведенных равенств числительотражает внутренний силовой фактор, а знаменатель — геометрический. Таким образом,числовая величина Wp характеризует способность бруса, имеющего круглоепоперечное сечение заданных размеров, сопротивляться деформации кручения.Расчеты на прочность
Типовой деталью, испытывающей деформацию кручения, является вал.При проектном расчете его на прочность надо по предварительно выявленномукрутящему моменту и допускаемому напряжению определить необходимый диаметрвала. Исходной является зависимость, в которой, как обычно, в качествемаксимальных действительных напряжений используются допускаемые напряжения. Таккак для валов многих машин бывает известен не внешний момент, а передаваемаямощность Р (Вт) и угловая скорость w (1/с) или частота вращения n (об/мин илиоб/с) вала, то прежде всего определяют внешний вращающий момент. Если числоваявеличина n дана в об/мин, то w = пn/30, если в об/с, то w = 2пn. Припроверочном расчете, как и в случаях других деформаций, определяютдействительные напряжения и сравнивают их с допускаемыми. Прочность будетобеспечена, если соблюдается условие тк = T/(0,2d^3)
Список использованной литературы
1. www. motozavr. ru.
2. www. tehmen.org.ua
3. С.М.Тарг – Краткий курс Теоритической механики