Прикладная Механика

1.Роль дисциплины детали машин и ее цели Цели преподавания дисциплины. "Детали машин" -дисциплина, являющаяся составной частью технической механики, изучается после изучения ее других составных частей. В этой дис-циплине рассматриваются различные виды соединений деталей машин и аппа-ратов; валы, оси, их опоры и соединения; подшипники, муфты, передачи вра-щательного движения и приводы, -типовые конструкции и математические ме-тоды расчета усилий, напряжений и основных размеров.

Дисциплина имеет самостоятельное значение как формирующая модель инженера, работающего в машиностроительной промышленности, а также по-могающая работающему в этой промышленности экологу ознакомиться с ма-шинами и механизмами производств и очистных сооружений 1 Задачи изучения дисциплины. В результате изучения дисциплины "Детали машин" студенты должны: -знать и уметь рассчитывать сварные и резьбовые соединения, механиче-ские передачи, подшипники, оси, валы и их опоры; -получить

практические навыки расчета редукторов; -иметь представление о соединении элементов конструкций заклепками, пайкой, шпонками, шлицами, посадкой с натягом, о фрикционных, цепных и волновых механических передачах. 2понятие прочность машины и нужны ли сверхпрочные машины Обеспечение прочности машин и аппаратов осуществляется следующим образом. На стадии их проектирования производится расчётная или экспериментальная оценка возможности развития

в несущих элементах проектируемых конструкций процессов разрушений различных типов: усталостного, хрупкого, квазистатического, разрушения вследствие ползучести материала, коррозии, износа в процессе эксплуатации и т. п. При этом должны быть рассмотрены все возможные в условиях эксплуатации конструкции известные на данный момент механизмы разрушения материала, из которого выполнены её несущие элементы. Для вновь создаваемого класса машин или аппаратов указанные механизмы разрушения выявляются на стадии

научно-исследовательского цикла проектирования. С каждым из таких механизмов разрушения связывается определённый критерий прочности — та или иная характеристика физического состояния материала элементов машин и аппаратов, определяемая расчётным или экспериментальным путём. Для каждого из критериев прочности материала конструкции экспериментально устанавливаются его предельные значения. По предельным значениям далее определяются допускаемые значения этих критериев.

Последние определяются, как правило, путём деления предельных значений критерия прочности на соответствующий коэффициент запаса прочности. Значения коэффициентов запаса прочности назначаются на основе опыта эксплуатации с учётом степени ответственности проектируемой конструкции, расчётного срока её эксплуатации и возможных последствий её разрушения. Значения коэффициентов запаса прочности для различных механизмов разрушения различны. При расчёте по допускаемым напряжениям они изменяются, как правило, в диапазоне значений от 1,05

(при обеспечении прочности элементов летательных аппаратов, имеющих краткий жизненный цикл и не предназначенных для транспортировки людей) до 6 (при обеспечении прочности тросов, используемых в конструкциях пассажирских лифтов). При расчёте по допускаемому числу циклов нагружения могут использоваться существенно большие значения этих коэффициентов. Расчёт наиболее ответственных и энергонасыщенных конструкций машин и аппаратов регламентируется отраслевыми нормами и стандартами.

По мере накопления опыта эксплуатации, развития методов исследования физического состояния конструкций и совершенствования методов обеспечения прочности эти нормы и стандарты периодически пересматриваются. 3 износостойкость В соответствии с ДСТУ 2823 – 94 износостойкость – это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания. Износостойкость зависит от состава и структуры обрабатываемого материала,

исходной твёрдости, шероховатости и технологии обработки детали, состояния ответной детали. О износостойкости следует судить по различным признакам, причём в качестве характерных нужно ввести следующие подчинённые понятия: 1. Работоспособность. Материал должен обладать способностью выдерживать высокие нагрузки при всех температурах и экономной смазке, т.е. и при граничном трении, при скоростях, колеблющихся от нуля до максимальных значений и

меняющихся направлениях движений. 2. Склонность к заеданию, т.е. склонность к свариванию поверхностных частиц с сопрягаемым материалом, должна быть при совместной работе с материалом вкладыша возможно меньшей, даже тогда, когда вследствие точечного сопряжения и высокой нагрузки от попадания между поверхностями скольжения посторонних частиц или частиц от истирания возникнут временно значительные местные повышения температуры. 3. Хорошая прирабатываемость. При заданных условиях напряжения, движения и смазки должна

быстро образовываться сплошная зеркальная рабочая поверхность с хорошей адгезией масла. Материал должен поддаваться полировке. 4. Хорошая резервная работоспособность. При временно недостаточной смазке или её временном отсутствии материал должен иметь способность в течение некоторого времени выдерживать заданную рабочую нагрузку без чрезмерного износа. 5. Изнашивание должно происходить так, чтобы от поверхности отделялись только мельчайшие частицы, которые,

попадая между шейкой вала и вкладышем не нарушали работу; при изнашивании никогда не должны выкрашиваться частички. 4виброустойчивость Виброустойчивость — способность изделия выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах значений, предъявляемых к этому изделию, в условиях воздействия вибрации в заданных режимах. Виброустойчивость является одним из видов стойкости изделий к воздействию механических внешних воздействующих факторов. Требования стойкости изделий к воздействию механических внешних воздействующих

факторов устанавливаются в нормативных документах (стандартах, технических условиях и др.), например: 5надежность детали машины Свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого интервала времени, или наработки, называется надежностью. Надежность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью. Коэффициентом надежности называется вероятность того, что изделие будет работоспособно

в про­извольно выбранный момент времени в промежутках между выполнениями планового технического обслуживания.Главные пути повышения надежности изделий: повышение качества изделий, применение материалов с улучшенными свойствами, повышение качества технологии, повышение качества обслуживания механизмов, машин и агрегатов. Надежностью называется свойство машины или ее составных частей выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих

режимам и условиям их использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В понятие надежность входят безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость как машины в целом, так и отдельных ее частей. 6 Взаимозаменяемость деталей машин Взаимозаменяемостью называется принцип нормирования требований к размерам элементов деталей, узлов, механизмов, используемый при конструировании, благодаря которому представляется возможным изготавливать

их независимо и собирать или заменять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию. 7Почему нельзя изготовить абсолютно точную деталь? Получить абсолютно точные детали практически невозможно. Они обязательно отличаются от заданной величины из-за неточности настройки станка и приспособлений, измерительных инструментов, износа режущих инструментов, механических свойств древесины и других факторов

Кроме термина «точность» часто используют термин «погрешность», поэтому необходимо дать некоторые пояснения по различению этих терминов и разграничению области их применения. Когда применяют термин «точность», то обычно имеют в виду качественный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Так, говоря о точности, употребляют выражения «высокая точность», «низкая точность» и т.д. Однако такие понятия, как и термин «точность», невозможно использовать

для нормировании степени приближения значения параметра к заданному. Термин «погрешность» применяют для количественной оценки точности. Погрешность - разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением. Это определение относится .к так называемой абсолютной погрешности, которая обычно нормируются для характеристики точности в машиностррении. Таким образом, строго говоря, погрешность является показателем

точности. В случаях, когда считают, что точность «высокая» или «низкая», необходимо указывать значение погрешности. Нельзя говорить, например, о «высокой точности изготовления», если не указывать погрешность этого изготовления. 8-9номинальный предельный и действительный размеры.Предельное отклонение Размер — числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. п.) в выбранных единицах измерения. Действительный размер — размер элемента, установленный измерением.

Предельные размеры — два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Номинальный размер — размер, относительно которого определяются отклонения. Отклонение — алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и соответствующим номинальным размером. Действительное отклонение — алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.

Предельное отклонение — алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения. 10Квалитет(допуск) До́пуск — разность между наибольшим и наименьшим предельными значениями (размеров, массовой доли, массы), задаётся на геометрические размеры деталей, механические, физические и химические свойства. Назначается (выбирается) исходя из технологической точности или требований к изделию (продукту).

Любое значение параметра, оказывающееся в заданном интервале, является допустимым. В российских стандартах допуск — абсолютная величина. При произвольном назначении необоснованно высокого квалитета с малыми допусками увеличивается стоимость изготовления деталей. При выборе более низкого квалитета точности стоимость изготовления уменьшается, но снижаются надежность и долговечность работы деталей в узле.

Для решения этой задачи необходимо учесть не только характер посадки конкретного соединения и условия его работы, но и рекомендации, учитывающие целесообразность назначения того или иного квалитета и возможность изготовления деталей необходимой точности. 11Когда исп-ся соединение с зазором?От чего зависит величина зазора между деталями? Посадка с зазором — соединение с гарантированным зазором, то есть наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала[1] или равен

ему. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей. именяют главным образом в неподвижных соединениях при необходимости частой разборки (сменные детали), если требуется легко передвигать или поворачивать детали одну относительно другой при настройке или регулировании, для центрирования неподвижно скрепляемых деталей. Величина зазора зависит от функций деталей например: для особо точного центрирования, для соединения деталей, которые должны легко передвигаться при затяжке, в подвижных соединениях

для обеспечения герметичности, точного направления пли при коротких ходах , для неподвижно закрепляемых деталей при невысоких требованиях к точности механизмов и т.д. 12В каких случаях и как осуществляются соединения с натягом? На что влияет величина натяга? Соединение с натягом — технологическая операция получения условно разъёмного соединения[1], которое получается при вставлении одной детали (или части её) в отверстие другой детали

при посадке с натягом. Обычно соединяют детали с цилиндрическими или коническими поверхностями, также эти поверхности могут быть эллиптическими, призматическими и пр. Для получения надёжного соединения необходим натяг (положительная разность диаметров вала и отверстия). После сборки вал и отверстие благодаря упругим и пластическим деформациям принимают один размер. Сборка соединения с натягом производится запрессовкой или температурным деформированием.

Выбор посадки производится из условия, чтобы при наименьшем натяге была обеспечена прочность соединения и передача нагрузки, а при наибольшем натяге - прочность деталей. Для применения поса док с натягом, особенно в массовом производстве, рекомендуется предварительная опытная проверка. Посадки с гарантированным натягом применяют для получения неподвижных неразъемных соединений, причем относительная неподвижность сопрягаемых деталей обеспечивается благодаря упругим

деформациям, возникающим при соединении вала с отверстием. При этом предельные размеры вала больше предельных размеров отверстия. В некоторых случаях для повышения надежности соединения дополнительно используют штифты или другие средства крепления, при этом крутящий момент передается штифтом, а натяг удерживает деталь от осевых перемещений. Величина натяга влияет на износостойкость деталей, прочность соединения, долговечность

и т.д 13В каких случаях нужно применять переходные посадки? Переходная посадка — соединение с возможным зазором или натягом в зависимости от действительных размеров вала и отверстия. Предназначены для неподвижных соединений деталей, подвергающихся при ремонтах пли по условиям эксплуатации сборке и разборке. Взаимная неподвижность деталей обеспечивается шпонками, штифтами, нажимными винтами и т. п. Менее тугие посадки назначают при необходимости в частых разборках

соединения, при неудобствах разборки и возможности повреждения соседних деталей; более тугие - если требуется высокая точность центрирования, при ударных нагрузках и вибрациях. 14Система отверстия и система вала в чем различие? система вала — основным размером является размер вала, а размер отверстия выбирается с различным зазором или натягом; система отверстия — основным размером является размер отверстия, а размер вала задаётся с необходимым зазором или натягом.

Система отверстия — система допусков и посадок при которой предельные размеры отверстия для всех посадок для данного номинального размера dH сопряжения и квалитета остаются постоянными, а требуемые посадки достигаются за счет изменения предельных размеров вала . Система вала — система допусков и посадок, при которой предельные размеры вала для всех посадок для данного номинального размера сопряжения и квалитета остаются постоянными, а требуемые посадки достигаются

за счет изменения предельных размеров отверстия . Система отверстия имеет более широкое применение по сравнению с системой вала, что связано с ее преимуществами технико-экономического характера на стадии отработки конструкции. Для обработки отверстий с разными размерами необходима иметь и разные комплекты режущих инструментов (сверла, зенкера, развертки, протяжки и т. п.), а валы независимо от их размера обрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом.

Таким образом, система отверстия требует существенно меньших расходов производства как в процессе экспериментальной обработки сопряжения, так и в условиях массового или крупносерийного производства. Система вала является предпочтительной по сравнению с системой отверстия, когда валы не требуют дополнительной разметочной обработки, а могут пойти в сборку после так называемых заготовительных технологических процессов. Система вала применяется также в случаях, когда система отверстия не позволяет осуществлять требуемые

соединения при данных конструктивных решениях. 15Какие квалитеты наиболее широко применяются в основных отраслях машиностроения? Валы и отверстия 6 и 7 квалитетов применяются наиболее широко во всех отраслях машиностроения для выполнения ответственных сопряжений. Примеры: при установке подшипников качения нормальной точности (обычно переходные посадки), зубчатых колес средней точности, для подшипников жидкостного трения, для подвижных соединений в кривошипно-шатунных

механизмах двигателей внутреннего сгорания и т.д. Существует 19 квалитетов: 01; 0; 1; 2;… 17. Самый точный 01, самый грубый 17. Каждому квалитету соответствует определенный допуск. Например размеру 10мм по 6 квалитету соответствует допуск 0.009мм или 9мкм (микрометров или сокращенно микронов). По 8 квалитету – 22мкм. Для размера 20 по 6 квалитету – 13мкм, а по 8 квалитету – 27мкм.

Размеры допусков приведены в таблице допусков для размеров СТСЭВ 145-75 и есть в любом справочнике. Например «Справочник металлиста» за 1977г. том 3, стр.671. Главное уловить зависимость, что чем больше номинальный размер, тем больше и допуск на него в каждом квалитете. С номером квалитета мы разобрались, но Вы спросите меня, а что значит буква латинского алфавита рядом с цифрой? Буква показывает положение поля допуска относительно номинала 16Обозначение посадок

на чертежах Поля допусков линейных размеров указывают на чертежах либо условными (буквенными) обозначениями, например Ø50H6, Ø32f7, Ø10g6, либо числовыми значениями предельных отклонений, например Ø , либо буквенными обозначениями полей допусков с одновременным указанием справа в скобках числовых значений предельных отклонений (рис. 1, а, б) Посадки сопрягаемых деталей и предельные отклонения размеров деталей, изображенных на сборочных

чертежах, указывают дробью, в числителе которой приводится буквенное обозначение или числовое значение предельного отклонения отверстия либо буквенное обозначение с указанием справа в скобках его числового значения, а в знаменателе — аналогичное обозначение поля допуска вала (рис. 1, в, г). В условных обозначениях полей допусков необходимо указывать числовые значения предельных отклонений в следующих случаях: для размеров, не включенных в ряды нормальных линейных размеров, например

Ø41,5 H7(+0,021); при назначении предельных отклонений, условные обозначения которых не предусмотрены ГОСТ 25347—82, например для пластмассовой детали (рис. 1, д) с предельными отклонениями по ГОСТ 25349—82. 17 параметры характеризующие шероховатость поверхности и как они проставляются на чертежах? Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ 2789—73* (Рис. 5) устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra,

Rz, Rmах), два шаговых (Sm , S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp). Параметры Ra, Rz представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (Ra — всех неровностей; Rz — наибольших неровностей), параметр Rmax — полную высоту профиля Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) про­филя и точек пересечения профиля со средней линией (нулей профиля).

Параметр tр содержит наибольшую информацию о высотных свойствах профиля (он комплексно характеризует высоту и форму неровностей профиля), так как она аналогична функции распределения. В продольном направлении tp позволяет судить о фактической площади контакта при контактировании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р. 18Геометрическая точность детали? Как она влияет на работоспособность детали? Геометрические параметры деталей количественно оценивают

размерами. Размеры, проставляемые на чертежах деталей или соединений, называют номинальными. Их получают из расчетов или принимают из конструктивных соображений и округляют до ближайшего из ряда по ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры». При изготовлении деталей действительный размер лишь случайно может совпасть с заданным, так как большое число факторов (неточности изготовления инструментов, оборудования) влияет на точность и неизбежно приводит к появлению погрешностей обработки (в размерах и форме деталей).

При этом под точностью понимают близость результатов изготовления предписанным значениям. Количественные меры точности -погрешности - представляют собой разности полученных и предписанных значений того или иного размера. Установлено, что для обеспечения правильной сборки и нормальной работы детали могут иметь некоторое рассеяние размеров относительно номинальных значений. Экономически целесообразные предельные отклонения размеров деталей определяются единой системой допусков

и посадок (ЕСДП), установленной ГОСТ 25347-82 и ГОСТ 25 Точность — один из важнейших показателей качества машин, существенно влияющий на все критерии работоспособности их механизмов, а следовательно, и на выходные показатели машин: быстроходность, энергетическую эффективность, материалоемкость, надежность и долговечность. Точность технологических машин в решающей степени определяет точность изделий. 19Обозначение точности на чертежах?

2.2. Характеристики точности ориентации (взаимного положения) поверхностей (например, их точек, линий, ребер, граней) одного или двух элементов либо элемента относительно заданного направления указывают числовыми значениями допусков или предельных отклонений с условными обозначениями по табл.1. 20 стали для машиностроения сталь 30, сталь 30ХГС, Сталь 30Х, Конструкцио́нная стальСт5; Ст6 слабонагруженные валы, оси

Легированные конструкционные стали14ХН4А 21 виды заготовок 22Для изготовления каких деталей используется чугун? малых отливок для машиностроения-корпуса детали литьем кронштейны 300долларо за т 23Бронза Бронза по сравнению с латунью обладает более высокой прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Бронза весьма стойка на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах. БрКН1-3 Антифрикционные детали, баки, резервуары

БрАЖН10-4-4 Направляющие втулки, клапаны, зубчатые колеса и др. детали ответственного назначения БрО10Ф1 Узлы трения, высоконагруженные детали приводов и др. БрО10Ц2 Антифрикционные детали, вкладыши подшипников и др БрО10С10 Подшипники скольжения, работающие при больших удельных давлениях 24латунь? Латуни — медно-цинковые сплавы, иногда с добавками свинца, олова, железа, никеля, других элементов.

Латуни по сравнению с медью, обладают более высокой механической прочностью и повышенним удельным электрическим сопротивлением, легко поддаются пластической деформации, обработке давлением и резанием. Латуни подразделяются на обрабатываемые давлением и литейные. Большинство латуней допускает электрическую и газовую сварку и паяются мягкими и твердыми припоями. Марки и состав латуней, обрабатываемых давлением определяется

ГОСТ 15527-70, а литейных латуней - ГОСТ 17711-80. Механические свойства латуней зависят от технологии изготовления, механической и термической обработки. Л60. Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu Л96, Л90 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др. 25Cплавы на основе алюминия и их приминение? Сплавы алюминия Сплавы, повышающие прочность и другие свойства алюминия, получают введением в него

легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец. Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин - легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении. Магналии - сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой

пластичностью. Изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д. (деформируемые магналии). Основные достоинства всех сплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см3), высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка. Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа авто судо- и приборостроении, в производстве

посуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отраслях промышленности. По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна. Алюминий - одна из наиболее распространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля, цинка, железа. Алюминий применяется и для алитирования (алюминирования) - насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании,

т.е. повышения жароупорности (до 1100 oC) и сопротивления атмосферной коррозии. 26 методы термической и химикотермической обработки деталей Термическая обработка – это процесс теплового воздейстивия на детали преимущественно из металлов и их сплавов с целью изменения структуры и свойств исходного материала без изменения его химического состава. Термическая обработка является важным этапом технологического процесса изготовления деталей и используется

для: – улучшение обрабатываемости материалов давлением или резанием; – формирования технических, электрических, магнитных и других свойств, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства деталей; –снятие внутренних напряжений в материале деталей и заготовок, возникающих при предшествующей обработке давлением, литьем, сваркой и резанием и вызывающих нежелательные изменения свойств, формы и размеры деталей при их эксплуатации. Параметрами режима ТО являются: tто – температура нагрева пи

ТО; Т – изотермической выдержки при tто; Vc – скорость нагрева; Vг – скорость охлаждения. Основными видами термической обработки являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение. Технологический процесс термической обработки включает три основных стадии: нагрев, выдержку и охлаждение. Рис. 1. График термической обработки Химико-термической обработкой стальных деталей называется процесс их поверхностного насыщения различными

элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки – упрочнение поверхностных слоев детали, повышение их стойкости к воздействию агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах. Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий: – диссоциации, т.е. распада молекул и образования активных атомов диффундирующего элемента; – адсорбции – поглощения атомов диффундирующего

элемента поверхностным слоем изделия и образования химических связей с атомами металлов; – диффузии – проникновения адсорбированного элемента в глубину металла. Толщина насыщенного слоя зависит от температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении и концентрации диффундирующего элемента в поверхностном слое металла. В зависимости от того, каким элементом производится насыщение стали, различают цементацию, азотирование,

цианирование, нитроцементацию, борирование, силицирование, хромирование. Каждый вид химико-термической обработки применяется для деталей определенного назначения. 27Как и в каких единицах измеряется твердость поверхности? Твердостью материала называют способность оказыватьсопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другоготвердого тела. Для определения твердости в поверхность материала с определунной

силой вдавливается тело (индентор),выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. Поразмерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твердости материала.Таким образом, под твердостью понимают сопротивление материала местнойпластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела –индентора. В зависимости от способа измерениятвердости материала, количественно ее характеризуют числами твердости

по Бринеллю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу(HV). 28пластмассы в машиностроении В машиностроении широко применяют термореактивные прессовочные массы, получаемые на основе фенолальдегидных смол или их модификаций (фенопласты). В зависимости от состава и назначения фенопласты делятся на следующие типы: О — общего назначения; Сп — специальные безаммиачные; Э — электроизоляционные; Вх — влагохимстойкие; У — ударопрочные;

Ж — жаростойкие. Каждый тип состоит из нескольких групп. В зависимости от смолы и наполнителя прессматериалы, входящие в группу, подразделяют на марки. Из термопластов наиболее широкое распространение в машиностроении получили полиэтилен, полистирол, полиамиды и другие материалы. 29Своиства пластмасс? Пластмассы не подвергаются коррозии, они стойки против действия растворов слабых кислот и щелочей,

а некоторые пластмассы, например из полиэтилена, полиизобутилена, полистирола, поливинилхлорида, стойки к воздействию даже концентрированных растворов кислот, солей и щелочей; их используют при строительстве предприятий химической промышленности, канализационных сетей, для изоляции емкостей. Пластмассы, как правило, являются плохими проводниками тепла, их теплопроводность К = 0,23 0,8 Вт/(м-°С), а у пено- и поропластов Х = 0,06 0,028

Вт/(м-°С), в связи с этим пластмассы широко используют в качестве теплоизоляционных материалов, их пористость может достигать 95 98%. Пластмассы хорошо окрашиваются в любые цвета и долго сохраняют цвет. Водопоглощение пластмасс очень низкое — у плотных материалов оно не прев 30условие прочности Про́чность (в физике и материаловедении) — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних сил.

Свойство конструкции выполнять назначение не разрушаясь заданное время. Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную (выносливость), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок. В настоящее время при расчёте на прочность используют как расчёт по допускаемым напряжениям, так и расчёт по допускаемому числу циклов нагружения. Основные уравнения расчёта по допускаемым напряжениям:

где σ и τ — наибольшие расчётные нормальное и касательное напряжения, соответственно; [σ] и [τ] — допускаемые нормальное и касательное напряжения, безопасные для прочности детали. Обеспечение прочности машин и аппаратов осуществляется следующим образом. На стадии их проектирования производится расчётная или экспериментальная оценка возможности развития в несущих элементах проектируемых конструкций процессов разрушений различных типов: усталостного, хрупкого,

квазистатического, разрушения вследствие ползучести материала, коррозии, износа в процессе эксплуатации и т. п. При этом должны быть рассмотрены все возможные в условиях эксплуатации конструкции известные на данный момент механизмы разрушения материала, из которого выполнены её несущие элементы. Для вновь создаваемого класса машин или аппаратов указанные механизмы разрушения выявляются на стадии научно-исследовательского цикла проектирования. С каждым из таких механизмов разрушения связывается

определённый критерий прочности — та или иная характеристика физического состояния материала элементов машин и аппаратов, определяемая расчётным или экспериментальным путём. Для каждого из критериев прочности материала конструкции экспериментально устанавливаются его предельные значения. По предельным значениям далее определяются допускаемые значения этих критериев. Последние определяются, как правило, путём деления предельных значений критерия прочности на соответствующий

коэффициент запаса прочности. Значения коэффициентов запаса прочности назначаются на основе опыта эксплуатации с учётом степени ответственности проектируемой конструкции, расчётного срока её эксплуатации и возможных последствий её разрушения. Хрупкое и вязкое разрушение имеют разные виды разрушенной поверхности. Характер дефектов дает понятие, какого рода разрушение имеет место. При хрупком разрушении поверхность надломлена. При вязком разрушении поверхность натянута (вяжет разрушение).

31виды опасных напряжений Виды напряжений. Самое важное понятие в сопротивлении материалов – это понятие напряжения как силы, действующей на малую площадку и отнесенной к площади этой площадки. Напряжения бывают трех видов: растяжения, сжатия и сдвига. сли на металлическом стержне подвешен груз, как показано на рис. 1,а, то такой стержень называется растянутым или работающим на растяжение. Напряжение S, создаваемое силой P в растянутом стержне с площадью поперечного сечения, равной

A, дается выражением S = P/A. Напряжения растяжения и сжатия направлены по нормали (т.е. вдоль перпендикуляра) к площадке, в которой они действуют, а напряжение сдвига – параллельно площадке. Поэтому напряжения растяжения и сжатия называются нормальными, а напряжения сдвига – касательными. 32предел прочности предел текучести? Преде́л про́чности — механическое напряжение σ0, выше которого происходит разрушение материала.

Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности. Преде́л текучести — механическое напряжение σ0, дальше которого упругая деформация тела (исчезающая после снятия напряжения) переходит в пластическую (необратимую, когда геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения).

Предел текучести соответствует площадке текучести материала. В случае, если такая площадка отсутствует, вместо σт используется напряжение σ0,2 (читается: сигма ноль-два), которое соответствует напряжению, при котором остаточные деформации конструкции (пластические деформации) составляют 0,2% от длины испытываемого образца. 33предел выносливости ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдержать

заданное большое число циклов нагружения 34коэффициент безопасности(запаса прочности) Коэффициент запаса прочности какого-либо элемента конструкции равен отношению предельной нагрузки, вызывающей потерю прочности элемента, к нагрузке, создающей допускаемое напряжение. При этом под потерей прочности понимается не только разрушение элемента, но и появление в нем остаточных деформаций. Поэтому для элемента конструкции, выполненного из пластичного материала, предельным напряжением

является предел текучести. В большинстве случаев рабочие напряжения в элементах конструкции пропорциональны нагрузкам, а поэтому коэффициент запаса определяется как отношение предела прочности к допускаемому напряжению (коэффициент запаса по пределу прочности) где [σ]- допускаемое напряжение; [n] - нормативный (т. е. предписываемый нормами проектирования конструкций) коэффициент запаса прочности, называемый также коэффициентом безопасности, σn - предельное напряжение материала.

35Меняющиеся во времени напряжения? Многие детали машин в процессе работы испытывают напряжения, циклически меняющиеся во времени. Так, например ось вагона, вращающаяся вместе с колесами (рис. 1), находятся под действием периодически меняющихся сил и испытывает циклически изменяющиеся напряжения, хотя внешние силы сохраняют свою величину. Опыт показывает, что при переменных напряжениях после некоторого числа циклов может наступить разрушение детали, в то время как при том же неизменном во времени напряжении

разрушения не происходит. В настоящее время установлено, что структура металла при циклических нагрузках не меняется. Начало разрушения носит чисто местный характер. В зоне повышенных напряжений, обусловленных конструктивными, технологическими или структурными факторами, может образоваться микротрещина. При многократном изменении напряжений кристаллы, расположенные в зоне трещины, начинают разрушаться и трещина проникает в глубь тела.

36циклы переменных напряжений коэффициент ассимитрии азывается коэффициентом асимметрии цикла. В тех случаях, когда smax = -smin, R = -1 и цикл называется симметричным. Если smin = 0 или smax = 0, то R = 0 и цикл называется нулевым или пульсационным. При простом растяжении или сжатии (когда smax = smin) R = +1. Циклы, имеющие одинаковый коэффициент асимметрии называются подобными.

37признаки деталей и сборочных единиц Первый признак предопределяет общий характер обработки и выбор вида оборудования. В результате классификации по этому признаку всю совокупность деталей разбивают на классы, например классы деталей, изготавливаемых из поковок, литья, катаного круглого или полосового материала. Второй признак обуславливает габаритные размеры и мощность потребного для обработки оборудования. Третий признак учитывает пооперационный технологический процесс обработки деталей.

По этому признаку детали распределяются по рабочим местам, оснащённым технологическим оборудованием, в соответствии с технологическим процессом. Четвёртый признак устанавливает в конечном счёте состав групп деталей. Кроме того, конструктивный тип деталей определяет и выбор видов и моделей технологического оборудования. Результатами первого этапа является: во-первых, разбивка всей номенклатуры деталей на минимально необходимое число конструктивно однородных групп; во-вторых, возможность правильного отбора

и закрепления деталей за участками и формирование профиля их специализации. 38виды резьбовых соединений Метрические - резьбы с треугольным профилем, для соединения деталей между собой, например болтовые соединения. Дюймовые - применялась в старых машинах для крепежных соединений деталей болтами, шпильками. Трапецеидальные - применяются для ходовых винтов и других силовых передач. Упорные - применяется для ходовых винтов и других силовых передач с односторонней нагрузкой.

Прямоугольные - редко используемая резьба для ходовых винтов и других силовых передач. Трубные цилиндрические - для плотного соединения тонкостенных полых деталей (труб). Трубные конические - для плотного соединения тонкостенных полых деталей (труб). Дополнительная плотность соединения достигается деформацией витков. Конические дюймовые - с углом профиля 60о для плотных соединений деталей.

Модульные - используется для червяков в червячной передаче. Профиль резьбы - трапеция. Специализированные резьбы - круглые - для ламп, часовые -резьбы для часов и .т.п 39неразъемные соединения Неразъемным называют такое соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей. Часто неразъемные соединения используют для получения деталей сложной формы и геометрии из простых дешевых элементов. К неразъемным относят сварные, паяные, заклепочные,

клеевые и формовочные соединения. 40преимущества соединений Преимущества разъемного соединения Преимущества сварного соединения Существует разрыв Непрерывное соединение Простое подключение после монтажа Меньшие вносимые потери Легкая конфигурация Меньшие обратные потери Предусматривает стандартные типы соединений Легче достигается герметичность

Допускается заводская прединсталляция Более компактное в расчете на одно соединение ъ Достоинства разьемных технологичность; взаимозаменяемость; универсальность; надёжность; массовость. 41недостатки Недостатком разъемных соединений фланцевого типа является то, что в процессе стягивания соединяемых элементов образуются пластические деформации в зоне размещения кольцевого паза и сегментов из мягкого металла. раскручивание (самоотвинчивание) при переменных нагрузках и без применения специальных

устройств (средств). отверстия под крепёжные детали как резьбовые так и гладкие вызывают концентрацию напряжений. для уплотнения (герметизации) соединения необходимо использовать дополнительные технические решения. 42заклепочные соединения Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок. находит применение в следующих случаях: в соединениях, где необходимо исключить изменение структуры металла, коробление

конструкции и перегрев расположенных рядом деталей; соединение разнородных, трудно свариваемых и не свариваемых материалов; в соединениях с затруднительным доступом и контролем качества; в случаях, когда необходимо предотвратить распространение усталостной трещины из детали в деталь. Большинство соединений в самолётах по-прежнему выполняется клёпкой. 43недостатки заклепки Трудоёмкость процесса. Необходимо просверлить множество отверстий, установить

заклёпки, расклепать их. Эти операции выполняются вручную. Более того - парой слесарей-сборщиков. До последней четверти 20-го века в СССР на авиационных заводах пользовались спросом худощавые юноши и девушки, способные влезть в узкий отсек, чтобы удерживать там наковальню-поддержку. Повышенная материалоёмкость соединения. Заклёпочный шов ослабляет основную деталь, поэтому она должна быть толще.

Нагрузку несут заклёпки, поэтому их сечение должно соответствовать нагрузке. Необходимость специальных мер для герметизации. Это очень важно для самолётостроения и ракетной техники, при сборке баков-кессонов и пассажирских отсеков. В баках-кессонах, расположенных в крыле самолётов, как правило, держат топливо - авиационный керосин. Резиновый герметик, устойчивый к керосину, должен закрывать все заклёпочные швы.

Вес его может составлять десятки килограммов. Процесс сопровождается шумом и вибрацией. Это приводит к ряду профессиональных заболеваний у сборщиков и вызывает глухоту. Поэтому везде, где можно, внедряются новые инструменты для клёпки. Клепка осуществляется с помощью заклепок, изготовленных из относительно мягких металлов. Заклепка - это цилиндрический стержень с закладной потайной, полукруглой или конической головкой.

Заклепки делают из стали, алюминия, и меди. Чтобы выполнить заклепочное соединение, нужны следующие инструменты: молоток, поддержка, натяжка, обжимка, зубило для перерубания заклепок, дрель для сверления или пробойник для пробивания отверстий в тонких листах металла. В предназначенных для заклепки деталях предварительно просверливают или пробивают отверстия. Затем детали укладывают на поддержку так, чтобы отверстия под заклепки совпадали.

Поддержка представляет собой массивную металлическую плиту, на которой высверлены углубления по диаметру закладных головок заклепок. Снизу в отверстие вводят стержень заклепки, головка которой будет упираться в дно углубления в поддержке, и ударами молотка по вершине натяжки осаживают (уплотняют) соединяемые детали. После этого боковыми ударами молотка расклепывают выступающий стержень заклепки и придают полученной головке необходимую форму. Окончательно замыкающую головку заклепки оформляют обжимкой

Длина выступающей части стержня заклепки для образования замыкающей потайной головки должна составлять 0,8-1,2, а для замыкающей полукруглой головки 1,2-1,5 диаметра заклепки. Если стержень заклепки выступает на меньшую длину, то заклёпочное соединение будет непрочным; а если на большую, то его трудно расклепать. Для сверления отверстий под заклепки пользуются сверлом того же диаметра, что и диаметр заклепки. 44классификация заклепок с полукруглой головкой,с потайной головкой,

с плоской головкой,трубчатые заклепки С полукруглой головкой применяются для создания неразъемного соединения листовых материалов, в том числе различной толщины и прочности. крепления фасадных пластин к подконструкциям 45сварные соединения Сваркой называют процесс соединения металлических и пластмассовых деталей путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при местном нагреве, пластической деформации или одновременном действии того и другого. Различают термическую, термомеханическую и механическую сварки.

Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термические); контактная и термокомпрессионная (термомеханические); трением, холодная и ультразвуковая (механические). При электродуговой сварке (рис. 1, а) электрической дугой в месте контакта электрода 2 и соединяемых деталей 1 расплавляется металл деталей и электрода и образуется прочный шов. Защитная обмазка металлического электрода образует при сварке большое количество шлака и газа, которые

обеспечивают устойчивое горение дуги и защищают расплавленный металл от окисления. В месте сварки сильно окисляющихся при нагреве алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов титана, высоколегированных сталей электрическую дугу окружают слоем инертного газа, аргона или гелия, что сильно удорожает сварку. При газовой сварке для нагрева и плавления металлов используют теплоту газового пламени при сжигании ацетилена в кислороде. Такую сварку часто применяют для тонкостенных и легко окисляющихся деталей из

металлов, обладающих различными температурами плавления, в частности, для сварки деталей из конструкционных сталей толщиной до 2 мм, меди – до 4 мм. Газовая сварка вызывает небольшие деформации и структурные изменения. Контактная сварка – самый производительный способ сварки в массовом производстве. Различают точечную, стыковую и роликовую (шовную) контактные сварки. При точечной сварке (рис. 1, б) тонкостенные детали соединяют внахлестку.

Под действием давления электродов, проводящих ток к месту сварки, образуются точечные сварные соединения. Так как высокие температуры действуют на небольших участках (точках), отсутствует коробление соединяемых деталей. Точечную сварку используют при изготовлении кожухов, панелей, шасси, стоек и других деталей. При стыковой сварке (рис. 1, в) соединяемые детали сжимают и в зоне контакта при прохождении электрического тока выделяется большое количество теплоты. Стыковой сваркой соединяют детали различных форм и сечений

(круг, квадрат, труба, уголок и т.д.). Шовную сварку (рис. 1, г) осуществляют вращающимися дисковыми электродами. При этом получается непрерывный сварной шов, обеспечивающий герметичное соединение тонкостенных деталей. Разновидностью контактной сварки является конденсаторная – ток к месту сварки подается в виде короткого импульса при разряде конденсаторов. Контактная сварка позволяет сваривать разнородные материалы, детали

малых толщин и сечений (сварка в «шарик» монтажных приводов) и детали различных сечений. Контактная стыковая сварка оплавлением Источником теплоты служит плоский нагревательный элемент, покрытый PTFE. Сварка делится на 5 этапов: нагрев под давлением, прогрев массы, вывод нагревательного элемента, сварка, затвердевание. 46 достоинства и недостатки сварки Достоинства: 1) простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость;

2) снижение массы конструкции; 3) возможность соединения деталей любых форм; 4) герметичность соединения; 5) малошумность технологического процесса; 6) сравнительно легкая возможность автоматизации процесса; 7) в целом сварное соединение дешевле заклепочного. Недостатки: 1) возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах;

2) коробление деталей; 3) недостаточная надежность при значительных вибрационных и ударных нагрузках. 47Классификация сварных швов 48 расчет стыковых швов В стыковом шве распределение напряжений по длине шва принимается равномерным; рабочая толщина шва принимается равной толщине стыкуемых элементов (и меньшей, если толщины различны). Поэтому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента (рис.

77, а): где N—расчетное усилие (с коэффициентом перегрузки); dш—рабочая толщина шва; lш — расчетная длина шва, равная фактической длине, если места зажигания и тушения дуги выведены за пределы сечения элемента (что обычно имеет место, рис. 69); в противном случае lш = l — 10 мм, где l— ширина элемента; Rсв—соответствующие расчетные сопротивления стыкового шва сжатию или растяжению. 49валиковый шов Параметры В обычных угловых швах (фланговых, лобовых), выполненных ручной сваркой,

расчетная высота рабочего сечения dш (рис. 75, а) принимается по биссектрисе угла сечения валика равной (без учета наплыва) dш, = 0,7 hш, где hш—толщина шва (по катету); в пологих швах — dш принимается по меньшему катету. В вогнутых швах за dш принимается фактическая толщина шва по биссектрисе (рис. 75, б). При глубоком проплавлении автоматической или полуавтоматической сваркой (или специальными электродами с тугоплавкими обмазками— ультракороткой дугой) принимаются большие величины рабочей толщины шва — вплоть

до dш = hш (рис. 75, в). 50Резьбовые соединения Резьбовое соединение — разъёмное соединение деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности (резьбы). Это соединение наиболее распространено из-за его многочисленных достоинств. В простейшем случае для соединения необходимо закрутить две детали, имеющие резьбы с подходящими друг к другу параметрами. Для рассоединения (разьёма) необходимо произвести действия в обратном порядке.

В резьбовых соединениях используется метрическая и дюймовая резьба различных профилей в зависимости от технологических задач соединения. технологичность;взаимозаменяемость;униве рсальность;надёжность;массовость 51недостатки резьб соед Недостатки: раскручивание (самоотвинчивание) при переменных нагрузках и без применения специальных устройств (средств). отверстия под крепёжные детали как резьбовые так и гладкие вызывают концентрацию напряжений. для уплотнения (герметизации) соединения необходимо использовать

дополнительные технические решения. Примечание: коническая резьба обладает свойством герметичности и самостопорения. 52 резьба Резьба́ — равномерно расположенные выступы или впадины постоянного сечения, образованные на боковой цилиндрической или конической поверхности по винтовой линии с постоянным шагом. Является основным элементом резьбового соединения, винтовой передачи[1] и червяка зубчато-винтовой передачи. 53Профили резьб Рис. 3. Виды резьб в зависимости от профиля: а — цилиндрическая треугольная,

б — прямоугольная, в — трапецеидальная, г - упорная, д – круглая 54Отличие крепежных резьб от ходовых На винтах для передачи движения применяют не крепежные резьбы, а ходовые. Ходовые резьбы имеют более крупный шаг. К ним относятся: трапецеидальная и прямоугольная резьбы. Трапецеидальная резьба по стандарту имеет угол профиля, равный 30°, форму трапеции. Как разновидность применяется трапецеидальная упорная резьба.

Прямоугольная резьба имеет угол профиля 90°, форму прямоугольника или квадрата. Прямоугольная резьба не имеет стандарт Резьбы по назначению подразделяют на крепежные и ходовые. Крепежные резьбы служат для получения разъемных соединений деталей. Крепежная резьба, как правило, имеет треугольный профиль, однозаходная, с небольшим углом подъема винтовой линии. Ходовые резьбы довольно часто выполняются многозаходными и служат для преобразования вращательного

движения в поступательное и наоборот 55параметры резьбы Основные параметры резьбы (рис. 29):