Детали механизмов и машин





Содержание:

  • Классификация машин
  • Кинематические пары
  • Классификация кинематических цепей. Структура механизмов
  • Детали машин. Основные требования к деталям и машинам
  • Основные сведенья о стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин


  • Классификация машин

    Машиной называется устройство, создаваемое человеком, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности.
    Автоматом называется машина, в которой все преобразования энергии, материалов и информации выполняются без непосредственного участия человека.
    Функциональные признаки машин:
    Преобразование энергии в механическую работу (например, двигатель внутреннего сгорания) или преобразование механической работы в другой вид энергии (например, ветряной электрический генератор);
    Определённость движения всех её частей при заданном движении одной части.
    По характеру рабочего процесса машины делятся на классы:
    Машины-двигатели - энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и тому подобные) в механическую энергию (вращательную или поступательную энергию твёрдого тела);
    Машины-преобразователи - энергетические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздушные и гидравлические насосы и так далее);
    Транспортные машины - машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещения масс и предназначенные для перемещения людей и грузов;
    Технологические машины - машины, предназначенные для преобразования обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния (обрабатывающие станки - токарный, фрезерный, свердильный, штамповочный и так далее);
    Информационные машины - машины, предназначенные для получения и преобразования информации (микроконтроллеры, ЭВМ).

    Автоматические линии - совокупность машин-автоматов, соединённых между собой автоматическими транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса.

    В машине можно выделить следующие основные части:
    Приёмник, непосредственно воспринимающий действие внешних сил, приводящих машину в движение (например, поршень в двигателе);
    Исполнительные механизмы, производящие работу, для получения которой предназначена машина (например, шпиндель станка);
    Передаточные механизмы или приводы, служащие для передачи и преобразования движения от приемника к исполнительному механизму (например, кривошипный механизм, редуктор и другие).
    Кроме указанных основных частей машина имеет части для управления и регулирования движения, а также неподвижную часть - станину, фундамент, раму, служащую для поддержания движущихся звеньев машины.




    Кинематические пары


    Классификация кинематических пар
    Кинематические пары классифицируются по следующим признакам:
  • по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев:
    низшие - в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения);

    Низшие кинематические пары

    Поступательная

    Цилиндрическая

    Вращательная

    Сферическая

    высшие - в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием). Они имеются, например, в зубчатых и кулачковых механизмах, в шарикоподшипниках.


    Пример высшей кулачковой кинематической пары


  • по относительному движению звеньев, образующих пару:
    вращательные; поступательные; цилиндрические; сферические; винтовые; плоские.

    Механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары, называют рычажным.
  • по способу контакта звеньев:
    силовое, за счёт действия сил веса или силы упругости пружины;
    геометрическое, за счёт конструкции рабочих поверхностей пары.
  • по числу подвижностей в относительном движении звеньев.
    По условиям связи в кинематических парах определяются классы связей. Для определения класса связей определяются степени свободы тела. В декартовой системе координат (XYZ), не связанное тело имеет 6 степеней свободы.


    Пример тела не ограниченного кинематической связью. Не связанное тело имеет шесть степеней свободы - вращение вокруг каждой из 3 осей и перемещение вдоль каждой 3 из осей.


    Кинематические пары делятся на пять классов, в зависимости от числа налагаемых связей на подвижность каждого из звеньев. Например, если телами (звеньями), образовавшими кинематическую пару, утрачено по 5 степеней свободы каждым, эту пару называют кинематической парой 5-го класса. Если утрачено 4 степени свободы - 4-го класса и так далее. Число степеней подвижности обозначается - H. Число налагаемых связей обозначается - S. При этом число степеней подвижности можно определить по формуле: H = 6 - S.
    Пара первого класса: S = 1; H = 5
    Пара второго класса: S = 2; H = 4
    Пара третьего класса: S = 3; H = 3
    Пара четвёртого класса: S = 4; H = 2
    Пара пятого класса: S = 5; H = 1


    Пример кинематической пары 5-го класса.
    Тело имеет только одну степень свободы - движение вдоль оси.

    Пример кинематической пары 4-го класса.
    Тело имеет две степени свободы - движение вдоль оси и вращение.

    Условные обозначения кинематических пар


    Число степеней подвижности H Класс пары S Изображение / название Условное обозначение
    5 1
    Шар - плоскость
    4 2
    Цилиндр - плоскость
    3 3
    Сферическая
    3 3
    Плоскостная
    2 4
    Цилиндрическая
    2 4
    Сферическая с пальцем
    1 5
    Поступательная
    1 5
    Винтовая




    Классификация кинематических цепей. Структура механизмов


    Основные виды звеньев, используемых в механизмах

    Наименование Вид / Определение Условное обозначение
    на кинематической схеме
    Стойка
    Неподвижное звено
    Кривошип
    Вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси.
    Коромысло
    Вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси.
    Кулиса
    Звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.
    Ползун
    Звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой.
    Шатун
    Звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями.
    Кулачок
    Звено, имеющее элемент высшей пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны.


    Классификация кинематических цепей

    Несколько звеньев механизма, соединённых между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь. Кинематические цепи бывают 3-х видов:
    Замкнутые (простые)

    Разомкнутые (простые)

    Комбинированные, разветвлённые (сложные)

    По наличию разветвлений различают цепи простые (каждое звено цепи входит не более чем две кинематических пары) и сложные или разветвлённые (некоторые звенья входят в три, или более пары); в разветвленных цепях могут присутствовать так называемые кратные (двойные, тройные и т.д.) шарниры.

    Для кинематических цепей справедливы следующие определения:
    Шарнир - подвижное соединение частей механизма, деталей, обеспечивающее их вращение вокруг общей оси или общей точки;
    Звено - твёрдое тело, участвующее в заданном преобразовании движения. Звено может состоять из нескольких деталей, не имеющих между собой относительного движения;
    Стойка - звено, принимаемое за неподвижное;
    Входное звено - звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев;
    Выходное звено - звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм;
    Связь - любое условие, которое уменьшает число степеней свободы механизма. Любую связь можно отбросить, заменив её действие реакцией;
    Избыточная связь - связь, устранение которой не изменяет число степеней свободы механизма.


    Структура механизмов

    Механизм - система тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких твёрдых тел и (или) сил, действующих на них, в требуемые движения других тел и (или) сил. В теории механизмов и машин под твёрдыми телами понимают как абсолютно твёрдые, так и деформируемые тела.
    Структурой механизма понимается совокупность его элементов и отношений между ними.
    По области движения звеньев цепи бывают плоские (траектории движения точек всех звеньев - плоские кривые, лежащие в параллельных плоскостях) и пространственные.

    Чтобы из кинематической цепи получить механизм, необходимо:
  • одно звено сделать неподвижным, то есть образовать станину (стойку) или соединить с корпусом машины;
  • одному или нескольким звеньям задать закон движения (сделать ведущими) таким образом, чтобы все остальные звенья совершали требуемые целесообразные движения.
    Для механизма, так же должны быть определены:
  • Обобщенная координата механизма - каждая из независимых координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки;
  • Число степеней свободы механизма - это число степеней свободы всей кинематической цепи относительно неподвижного звена (стойки).





    Детали машин. Основные требования к деталям и машинам


    Деталью называется часть механизма, изготовленная без применения сборочных операций (поршень, шпилька, болт, гайка, корпус и тому подобные).
    К деталям машин предъявляются следующие основные требования:
  • технологичность - изготовление изделия при минимальных затратах труда, времени и средств при полном соответствии своему назначению;
  • прочность - свойство детали в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать приложенные к ней нагрузки. Деталь не должна разрушаться или получать остаточные деформации под влиянием действующих на нее сил в течение заданного срока службы;
  • жёсткость - упругие перемещения, возникающие в детали под влиянием действующих на нее сил, не должны превышать некоторых допустимых заранее заданных величин;
  • износостойкость (износоустойчивость) - износ детали в течение заданного срока службы не должен вызывать нарушения характера сопряжения ее с другими деталями и приводить к недопустимому уменьшению ее прочности. Износоустойчивость оценивается при эксплуатации или в результате испытаний на стенде на длительность работы до достижения предельного значения износа;
  • теплостойкость - способность деталей сохранять нормальную работоспособность в заданных пределах температурного режима, вызываемого рабочим процессом машины и трением в ее механизмах;
  • малая масса и минимальные габариты - деталь должна иметь достаточные прочность, жесткость и износостойкость при минимально возможных габаритах и массе;
  • экономичность при выборе материалов - удовлетворение всех предыдущих требований не должно осуществляться за счет применения дефицитных материалов, так как использование таких материалов приводит к резкому увеличению стоимости детали;
  • безопасность - форма и размеры детали должны обеспечивать безопасность обслуживающего персонала при изготовлении и эксплуатации машины;
  • соответствие государственным стандартам - деталь должна удовлетворять действующим стандартам на формы, размеры, сорта и марки материала.





  • Основные сведенья о стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин


    Стандартизацией называется процесс установления в применения стандартов - документов, содержащих обязательные нормы, правила и требования, относящиеся к различным сторонам человеческой деятельности, в том числе к сфере проектирования, производства, эксплуатации и ремонта машин.
    Эффективным методом стандартизации является унификация - приведение к единообразию, сведение к минимуму типоразмеров деталей и их элементов.
    Стандартизация и унификация позволяют осуществлять взаимозаменяемость деталей и узлов, то есть возможность установки и замены их без предварительной подгонки. В свою очередь, взаимозаменяемость деталей - необходимое условие для организации специализированного и массового производства изделий, а также для его широкого кооперирования.
    В нашей стране стандартизация подчиняется ГОСТ (Государственным стандартам). В свою очередь, Государственные стандарты создаются и пересматриваются с учётом рекомендаций и решений международной организации по стандартизации, ИСО (International Organization for Standardization, ISO).
    В машиностроении приняты определённые стандарты, которые упорядочивают конструкторскую и технологическую документацию, а также подготовку производства, снижают их трудоемкость и повышают производительность инженерно-технического труда. К ним относятся:
  • Единая система конструкторской документации (ЕСКД) - содержит более 100 ГОСТ;
  • Единая система технологической документации (ЕСТД) - содержит около 20 ГОСТ;
  • Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП) - содержит около 20 ГОСТ.



  • Яндекс.Метрика    ©Гуков Константин Михайлович 2006 - 2014     Почта: juvel@mail.ru