Механика. Механика - МУ и контрольные задания. Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Астрахань 2022 у дк 531. 8
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ 3. ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И ДЕТАЛИ МАШИН Введение Приступая к изучению теории механизмов и деталей машин, следует в общих чертах представить ее содержание, связь с другими науками и применение механизмов и машин в условиях комплексной механизации и автоматизации производства. Следует осознать особую роль науки в условиях научно-технического прогресса, когда она превращается в производительную силу общества, процесс математизации наук. В результате изучения этого раздела курса студенту необходимо усвоить общие методы анализа и синтеза механизмов, уметь производить прочностные расчеты механизмов и их основных деталей, получить навыки проектирования. 1. Структура механизмов Студенту необходимо рассмотреть понятия «машина», «машина-автомат», «механизм», основные типы машин, системы машин, автоматические линии, гибкие системы. Следует изучить элементы, общие для всех механизмов, независимо от их целевого назначения. Весьма важно понимать различие между степенями свободы и числом наблюдаемых движений, а также различие между абсолютными движениями звеньев и относительными движениями звеньев кинематической пары, которые определяются только самой кинематической парой. В учебниках встречаются разные названия одних и тех же понятий: степени свободы механизма и степени подвижности механизма; пассивные связи и избыточные связи. В соответствии с терминологией, принятой в теории механизмов и машин, вместо понятия «ведущее звено» часто используют термин «входное звено», вместо «ведомое звено» - «выходное звено». Для лучшего усвоения основных понятий необходимо ознакомиться со схемами наиболее распространенных механизмов, чтобы представить характер движения их звеньев. Вопросы для самопроверки 1. Приведите определение звена, кинематической пары, кинематической цепи. 2. Назовите основные плоские кинематические пары, объясните деление пар на высшие и низшие, покажите возможные и невозможные движения звеньев пар относительно друг друга. Приведите пример пространственной пары. 3. Какие кинематические цепи, замкнутые или незамкнутые, используют обычно для механизмов? Приведите определение механизма. 4. Объясните физический смысл числовых коэффициентов в структурной формуле. Почему большинство механизмов должно иметь одну степень свободы? Можно ли в механизме с одной степенью свободы изменить положение звеньев, не меняя положения входного звена? 5. Приведите пример пространственного механизма и покажите на нем движения звеньев, отличающие его от плоского механизма. 2. Силы в механизмах и машинах Важно изучить виды сил, которые могут действовать на звенья механизма, и деление сил по их связи с движением на силы движущиеся и силы сопротивления. Следует вспомнить из курса теоретической механики, для чего в систему сил, действующих на движущееся тело и изменяющих его скорость, вводят по принципу Д'Аламбера условные силы инерции. Эти силы нужно уметь находить для всех случаев плоского движения звена. Надо также изучить кинетостатический анализ (силовое исследование и расчет) на примере рычажного четырехзвенного механизма: уметь определять реакции в кинематических парах (силы давления звеньев друг на друга). Следует учитывать, что последовательность определения реакций в кинематических парах основана на выделении из механизма кинематических цепей, обладающих статической определимостью. При изучении трения нужно обратить внимание на способы снижения сил трения, когда они вредны, и способы их увеличения, когда на действии трения основана работа механизмов. Необходимо рассмотреть трение в поступательной паре на горизонтальной и наклонной плоскостях, во вращательной паре, трение качения; усвоить понятия: угол трения, круг трения и приведенный коэффициент трения; изучить коэффициент полезного действия (к.п.д.) наклонной плоскости и случаи самоторможения. Нужно уметь определять общий к.п.д. при последовательном и параллельном соединениях механизмов. Вопросы для самопроверки 1. Какие виды сил могут действовать на механизм при его движении? Могут ли силы трения быть движущими силами? 2. Как ставится задача кинетостатического анализа: что известно и что нужно найти? 3. В каких частных случаях плоского движения результирующая сила инерции проходит через центр масс звена и в каких случаях инерционная нагрузка определяется парой сил инерции (инерционным моментом)? Приведите примеры. 4. На каком основании в кинетостагическом анализе приравнивают нулю сумму сил и сумму моментов, действующих на звенья движущегося механизма? 5. Что (до расчета) известно о линиях действий реакций во вращательной и поступательной парах (при отсутствии трения)? Почему в четырехзвенных механизмах три первые реакции в кинематических парах определяются при любой системе сил? 6. Как ставится задача кинетостатического анализа: что известно и что нужно определить? 7. Что такое угол и круг трения? 8. Дайте определение коэффициента полезного действия. Как определяется к.п.д. при последовательном и параллельном соединениях механизмов? 3. Критерии работоспособности машин и их деталей При изучении темы «Критерии работоспособности машин и их деталей» необходимо ознакомиться с принципиальными основами расчета деталей машин на прочность, жесткость, устойчивость, износостойкость, вибрационную устойчивость и теплостойкость. С учетом одного или нескольких из перечисленных критериев и ведется расчет, цель которого - определение основных размеров деталей машин. При этом расчеты должны увязываться с экономическими требованиями, так как детали машин должны быть работоспособными в течение заданного срока службы при минимально необходимой стоимости их изготовления и эксплуатации. Первоначальная стоимость машины определяется прежде всего стоимостью материалов ее частей, стоимостью изготовления этих частей и их массой. Поэтому необходимо хорошо знать материалы, используемые в машиностроении, их механические свойства, области применения, способы обработки (механической, термической, химико-термической и др.). Применение заменителей цветных металлов и других дефицитных материалов, на широкое использование пластических масс и изделий, полученных методами порошковой металлургии, экономических профилей проката. Надо усвоить терминологию теории взаимозаменяемости и запомнить такие понятия, как номинальный и предельный размеры, отклонения, зазор и натяг, система посадок, класс точности и посадка. Следует также знать системы посадок, квалитеты и посадки по ГОСТ, где их применяют, как обозначают размеры с указанием полей допусков на машиностроительных чертежах. При ознакомлении с технологическими требованиями к деталям машин необходимо выяснить, что представляет собой технологичность деталей машин и какими способами она достигается. На снижение себестоимости изготовляемых машин большое влияние оказывает технологичность конструкций. Современное машиностроение развивается на базе применения самой совершенной технологии изготовления деталей, широкого внедрения сварных деталей и конструкций, повышения класса точности изготовления деталей, их взаимозаменяемости и стандартизации, применения поточной сборки и автоматизированного контроля. Следует обратить внимание на основные направления повышения надежности и долговечности деталей машин: снижение динамической напряженности; создание оптимальных форм деталей машин; уменьшение концентрации напряжений; наклеп, химико-термическую и термическую обработку деталей машин и другие виды их упрочнения; повышение износостойкости деталей машин путем поверхностной закалки, покрытий, наплавки и применения износостойких материалов и высокоэффективных смазок. Вопросы для самопроверки 1. В чем сущность расчетов деталей машин на прочность, жесткость, устойчивость, износостойкость, вибрационную устойчивость и теплостойкость? 2. Каковы методы выбора допускаемых напряжений и запасов прочности в машиностроении и в чем их сущность? 3. Какие факторы определяют допускаемые напряжения и запасы прочности в машиностроении? 4. Что такое стандартизация и ее роль в машиностроении? 5. Что нормализовано ГОСТами в машиностроении? 6. Какие машиностроительные материалы являются основными? 7. На какие основные виды подразделяются стали и чугуны и для каких деталей машин их применяют? 8. Какие виды сплавов цветных металлов применяют в машиностроении и для каких деталей машин их предназначают? 9. Каковы виды термической и химико-термической обработки металлов и их сплавов? 10. Какими способами достигают механическое упрочнение металлических деталей машин? 11. Какие основные группы пластмасс применяют в машиностроении и для каких деталей? 12. Для каких деталей машин применяют дерево, резину, кожу и графит? 13. Как следует понимать выражение «взаимозаменяемость деталей»? 14. Что такое зазор, натяг и посадка? 15. Что называется верхним и нижним отклонениями от номинального диаметра? 16. Что такое система отверстия и система вала? В чем преимущество системы отверстия? Почему в стандартах приняты обе системы? 17. Что такое поле допуска и квалитет и как их обозначают? 18. Как обозначают на чертежах размеры деталей машин с указанием их полей допусков? 19. Какое техническое и экономическое значение имеет технологичность машин, их узлов и деталей? От чего она зависит? Каким образом достигается? 20. Какова роль экономических факторов в машиностроении? 21. Какими путями достигают снижение стоимости машин при их проектировании и изготовлении? 22. Какими способами достигают экономичность машины при ее эксплуатации? 23. Каковы основные направления повышения надежности и долговечности деталей машин? 4. Механизмы (передачи) вращательного движения При рассмотрении темы необходимо изучить назначение и роль передач в машинах, ознакомиться с принципом работы передач и их классификацией, усвоить основные силовые и кинематические соотношения. 5. Зубчатые передачи Необходимо изучить виды зубчатых передач и их преимущества по сравнению с другими передачами. Нужно научиться определять передаточные отношения в сложных зубчатых передачах с неподвижными и подвижными осями (планетарных и дифференциальных передачах). Для этого нужно разбираться в схемах и уметь находить характерные звенья - водило и сателлиты. Для плоского зацепления нужно знать основной закон зацепления, устанавливающий связь между положением нормали к профилям и передаточным отношением. При изучении параметров колес и параметров в зацеплении важно учитывать их влияние на работу передачи. Требуется иметь представление о корригированных колесах и целях корригирования. Ознакомиться с зацеплением Новикова. Следует уяснить, какие силы действуют в зацеплении цилиндрической (прямозубой и косозубой) и конической передач; виды разрушения зубьев; схему нагрузки на зуб прямозубого цилиндрического колеса; расчеты зубьев на изгиб и контактную прочность. Схемы и конструкции редукторов и коробок передач, принцип работы волновой передачи. Вопросы для самопроверки 1. Каковы значения передач и виды их применения в машинах? 2. Какие различают виды зубчатых передач и где их применяют? 3. Каковы основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами? 4. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение? 5. Какие различают виды зубьев и где их применяют? 6. Что такое модуль зацепления и расчетный модуль зубьев? Какие модули различают для косых, шевронных и криволинейных зубьев? 7. Как определяют начальный и делительный диаметры зубчатого колеса? 8. Как вычисляют диаметры вершин и впадин зубьев? 9. По какому модулю определяют делительные диаметры зубчатых колес с косыми, шевронными и криволинейными зубьями? 10. Что такое коэффициент перекрытия и каково его минимальное значение? 11. Какое минимальное число зубьев допускается для колес различных видов зубчатых передач? 12. Какие различают виды передач со смещением и как они осуществляются? 13. Какое максимальное передаточное число допускается для одной зубчатой передачи и чему равен ее к.п.д.? 14. Как определяют силы давления на валы со стороны колес в различных видах зубчатых передач? 15. Из какого материала изготовляют зубчатые колеса и их зубья? 16. Какие виды термической и химико-термической обработки зубьев применяют для их упрочнения? 17. Какие степени точности изготовления зубчатых передач имеют преимущественное распространение и какие из них применяют в передачах общего машиностроения? 18. По каким причинам зубчатые передачи выходят из строя и соответственно по каким напряжениям производится расчет их зубьев на прочность? 19. Как производится расчет зубьев на изгиб? На контактную прочность? 20. По какому модулю зацепления производится расчет на прочность зубьев конических зубчатых колес? 21. По какому зубчатому колесу производится расчет зубьев на контактную прочность и по какому - на изгиб? 22. Как устроены планетарные зубчатые передачи, каковы их достоинства и где их применяют? 23. Что представляет собой волновая зубчатая передача и какими достоинствами она обладает? 24. Что представляет собой зацепление Новикова? Каковы достоинства и недостатки его и где применяют? 25. Что такое зубчатый редуктор? 26. Какие различают виды зубчатых редукторов по числу пар передачи, по форме колес, по форме зубьев и по расположению валов? 27. Как осуществляется смазка зубьев зубчатых колес? 6. Червячные передачи При рассмотрении темы необходимо изучить следующие вопросы. Устройство цилиндрических и глобоидных червячных передач и их достоинства. Недостатки и области их применения. Конструкция червяков и червячных колес, кинематические и основные силовые зависимости червячных передач, явление самоторможения. Явления, возникающие при взаимодействии червяка и червячного колеса. Расчеты зубьев цилиндрической червячной передачи на прочность по изгибу и по допускаемому контактному напряжению в поверхностном слое зубьев. Особенности расчета червячных глобоидных передач. Расчеты тела червяка на прочность и жесткость; методика теплового расчета редуктора и способы искусственного охлаждения его. Следует ознакомиться с видами смазки этих передач и с современными конструкциями червячных редукторов, применяемых в различных отраслях промышленности. Вопросы для самопроверки 1. Какие различают виды червячных передач? 2. Как устроены и как работают червячные передачи? 3. Чем вызвано широкое распространение червячных передач с архимедовым червяком и какие еще профили червяков применяют? 4. Назовите достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми. 5. Укажите области применения червячных цилиндрических и глобоидных передач. 6. Какая существует зависимость между передаточным числом, числом заходов червяка и числом зубьев червячного колеса? 7. Из каких материалов изготовляют червяки и червячные колеса? 8. Укажите причины выхода из строя червячных передач и критерии их работоспособности. 9. Как определяется к. п. д. червячной передачи и при каких условиях получается ее самоторможение? 10. Назовите основные факторы, влияющие на величину к.п.д. Укажите случаи, при которых к. п. д. достигает максимальной величины. 11. Как производится расчет зубьев колес червячных цилиндрических передач на контактную прочность? То же, на изгиб? 12. В чем особенности расчета глобоидных передач? 13. Какие силы действуют в червячной передаче и как их определяют? 14. Как производится проверка тела червяка на прочность? То же, на жесткость? 15. Каковы способы охлаждения червячных передач? Методика теплового расчета. 16. Перечислите наиболее употребительные конструкции червячных редукторов с различными схемами исполнения. 7. Цепные передачи Классификация приводных цепей по ГОСТ, их существующие конструкции, преимущества, недостатки и области применения различных типов. Следует обратить внимание на выбор основных параметров цепных передач, их кинематику и силовые зависимости в них с учетом динамических нагрузок в приводных цепях. Нужно рассмотреть такие вопросы, как потери на трение, нагрузки на валы, смазка и эксплуатация передачи, цепные вариаторы, выяснить причины неравномерности движения цепи и ее влияние на работу передачи. Вопросы для самопроверки 1. Каковы достоинства и недостатки цепных передач и область их применения? 2. Какие различают виды приводных цепей и какие из них нормализованы ГОСТ? 3. Какие потери мощности имеются в цепной передаче и чему равен к.п.д.? 4. Каким образом определяют размеры приводных цепей и как находят диаметры и числа зубьев звездочек? 5. Из какого материала изготовляют звездочки и приводные цепи? 6. Укажите причины, по которым цепные передачи выходят из строя. 7. Изложите методику расчета приводных цепей на прочность и долговечность. 8. Чем вызваны динамические нагрузки в цепных передачах и как их определить? 9. Как определить силу давления на вал со стороны звездочки цепной передачи? 10. В чем преимущество зубчатой цепи по сравнению с втулочной и роликовой? 11. Укажите виды смазки цепных передач и условия их применения. 12. Какие основные типы цепных вариаторов нашли применение в промышленности? 8. Ременные передачи При изучении ременных передач необходимо рассмотреть следующие вопросы: основные виды ременных передач и области их применения; материалы и конструкция ремней; типы стандартных ремней; геометрические, кинематические и силовые зависимости в ременных передачах; расчет ремней по тяговой способности и на долговечность; особенности расчета клиноременных передач и передач с натяжным роликом; конструкция, материал и расчет шкивов; ременные вариаторы и их расчет. Нужно ясно представить зависимость между силами натяжения (ремня при работе передачи, окружным усилием, коэффициентом трения и углом обхвата меньшего шкива, а также зависимость между силами натяжения ремня при работе передачи, начальным натяжением ремня и окружным усилием. Следует обратить внимание на выбор места установки ролика в ременной передаче с натяжным роликом, а также на устройство и применение демпфера (успокоителя). Зависимость предельных окружных скоростей шкивов от их материала и конструкции, а также необходимость ограждения ременных передач. Вопросы для самопроверки 1. Какие различают виды ремней по форме поперечного сечения? 2. Из каких материалов изготовляют плоские и клиновые ремни? 3. Какие плоские и клиновые ремни нормализованы ГОСТ? 4. Каковы достоинства и недостатки отдельных типов ремней? 5. Где применяют прорезиненные, кожаные, хлопчатобумажные, шерстяные, нейлоновые плоские ремни? 6. Какие различают виды ременных передач и где их применяют? 7. Каковы достоинства и недостатки ременной передачи по сравнению с другими передачами? 8. Как определяют передаточное число ременной передачи с учетом проскальзывания ремня? 9. Как определяют силы натяжения ветвей ремня? 10. Как определяют силу давления на вал со стороны шкива? Между ремнем и натяжным роликом? 11. От чего зависит коэффициент трения между ремнем и шкивом? 12. Как влияет на величину (окружного усилия коэффициент трения? 13. Каковы потери мощности в ременной передаче и чему равен ее к.п.д.? 14. Как рассчитывают плоские и клиновые ремни по тяговой способности их? 15. Как рассчитывают ремни на долговечность? 16. Какова методика расчета плоскоременной и клиноременной передач? 17. Из каких материалов изготовляют шкивы? 18. Для чего у некоторых шкивов плоскоременных передач обод делают выпуклым? 19. Какое поперечное сечение принимают для спиц чугунных и сварных шкивов? Как рассчитывают спицы шкивов? 20. Какие различают виды ременных вариаторов, как они устроены и где их применяют? 9. Фрикционные передачи и вариаторы При изучении фрикционных передач и вариаторов надо остановиться на следующих вопросах: основные виды фрикционных передач; достоинства, недостатки и области их применения; конструкция и материал колес; расчет передач; фрикционные вариаторы, их основные виды и области применения расчет вариаторов. Вопросы для самопроверки 1. Назовите основные виды фрикционных передач, фрикционных вариаторов. 2. Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач? 3. Где применяют фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением и где - вариаторы? 4. Из каких материалов изготовляют колеса фрикционных передач? 5. Какими способами увеличивают трение между колесами фрикционных передач? 6. Как определяют передаточное отношение отдельных видов фрикционных передач? 7. Что такое диапазон регулирования вариаторов и как его определяют? 8. Как определяют силу нажатия между колесами цилиндрической и конической фрикционных передач? 9. Каковы потери в фрикционных передачах и чему равны к.п.д. этих передач? 10. Как производится расчет колес фрикционных передач по контактным напряжениям? 11. Как определяют диаметры и ширину колес фрикционных передач и вариаторов? 10. Механизмы, преобразующие один вид движения в другой При изучении данной темы необходимо обратить внимание на следующие вопросы: основное назначение передачи винт - гайка, достоинства, недостатки и наиболее характерные области ее применения; конструкции винтов, гаек, их материал. Наиболее важный элемент передачи – резьба. В отличие от крепежных резьб, в которых очень важна повышенная надежность против самоотвинчивания, в ходовых и грузовых винтах необходимо малое трение. Поэтому для передачи винт - гайка применяют резьбы с малым углом профиля. Основная причина выхода из строя винтов и гаек передач – износ резьбы, поэтому проверочным расчетом передачи винт-гайка является расчет на износостойкость. Для сильно нагруженных винтов рекомендуется производить проверочный расчет на прочность, а для длинных винтов, находящихся под действием сжимающей силы, дополнительно проводят расчет на устойчивость. Вопросы для самопроверки 1. Назовите основные достоинства и недостатки передачи винт - гайка и укажите области применения этой передачи. 2. Из каких материалов изготовляют гайки? 3. Как рассчитывают резьбу и размеры гайки домкрата? 4. Как проверяют резьбу передачи на износостойкость? 5. На какую деформацию и по какой зависимости проверяют длинные винты, подверженные сжимающей нагрузке? 11. Рычажные механизмы На примерах простых четырехзвенных механизмов нужно изучить решение задач кинематического анализа методом планов и аналитическим методом. При построении планов положений механизма следует обратить внимание на определение крайних положений звеньев и перемещений на прямом и обратном ходах; учесть, что возможность непрерывного вращения звена в одном направлении и величина хода зависят от соотношений между размерами звеньев. Планы скоростей и ускорений следует строить по предварительно написанным векторным уравнениям; планы являются их графическим решением. Особенно важен аналитический метод в силу его большей точности, возможности по членам аналитической зависимости оценить влияние параметров механизма на закон движения выходного звена. Последнее существенно при синтезе механизмов, задачей которого является воспроизведение заданной функциональной зависимости между перемещениями звеньев. В синтезе плоских механизмов с низшими парами нужно ознакомиться с постановкой задачи воспроизведения заданного закона движения и задачи воспроизведения заданной траектории. Нужно знать методы оптимизации в синтезе механизмов с применением ЭВМ: случайный и направленный поиск. Вопросы для самопроверки 1. Постройте планы положений кривошипно-ползунного механизма, шарнирного четырехзвенника и кулисного механизма при крайних положениях ведомого звена. Проследите, как меняется ход ведомого звена при изменении размеров звеньев механизма. 2. Напишите векторные уравнения: связывающие скорости двух точек одного звена и связывающее их ускорения. Задан вектор скорости (ускорения) точки звена, может ли быть каким угодно вектор скорости (ускорения) другой точки этого звена? 3. Постройте план скоростей и план ускорений для шарнирного четырехзвенника и определите числовое значение угловой скорости и углового ускорения шатуна и их направление. Как следует определять скорость (ускорение) третьей точки звена при известных векторах скоростей (ускорений) двух точек этого звена, используя свойство подобия? 4. Как по диаграмме перемещений звена определить положения механизма, при которых скорость звена равна нулю, и положения, при которых скорость максимальна? 6. По аналитическим выражениям для перемещений, скоростей и ускорений ползуна в кривошипно-ползунном механизме найдите, какие члены выражений уменьшаются с увеличением длины шатуна и к каким тригонометрическим функциям приближаются законы изменения перемещений, скоростей и ускорений. 6. Сформулируйте задачи синтеза механизмов; какие два этапа синтеза вы знаете? 7. Что такое основные и дополнительные условия синтеза, целевая функция? Составьте алгоритм случайного и направленного поисков на ЭВМ. 8. Приведите пример механизма, при проектировании которого ставится задача воспроизведения заданного закона движения, и пример задачи воспроизведения траектории. 9. При каких соотношениях между размерами звеньев кривошип в дезаксиальном кривошипно-ползунном механизме не сможет совершить полный оборот (станет коромыслом)? 10. Спроектируйте кривошипно-коромысловый шарнирный четырехзвенник по двум заданным крайним положениям его коромысла. 12. Валы и их опоры В этой теме нужно изучить следующие вопросы: назначение, конструкция, материалы осей и валов; цапфы (шипы и шейки) и пяты осей и валов, их разновидности и области применения; расчеты осей и валов по номинальным напряжениям, на выносливость, на жесткость и на критическое число оборотов, От жесткости осей и валов зависят условия работы опорных подшипников, зубчатых передач, муфт и других сопряженных деталей. После определения расчетных диаметров осей и валов по опасному сечению диаметры всех посадочных мест, шеек, буртиков и прочих размеров принимают конструктивно. Размеры шпоночных канавок должны приниматься в соответствии с ГОСТ. Классификация и конструкция, области применения основных типов подшипников качения. Для закрепления материала нужно усвоить следующие вопросы: материалы деталей подшипников качения; смазка подшипников качения; основные правила конструирования узлов с подшипниками качения; их монтаж и регулировка; расчет подшипников качения на долговечность, статическую и динамическую грузоподъемность и подбор их по ГОСТ. Вопросы для самопроверки 1. Как устроены оси и валы, для чего они предназначены и из каких материалов их изготовляют? 2. Какая разница между осью и валом? 3. Укажите факторы, влияющие на выбор допускаемого напряжения на изгиб. 4. Какие различают виды валов? 5. Что называют шипом, шейкой и пятой? 6. Какие различают по конструкции шипы, шейки и пяты и где применяют их различные виды? 7. Как рассчитывают оси и валы на прочность? 8. В каких случаях можно рассчитывать валы только на кручение? 9. Как рассчитывают оси и валы на жесткость? На выносливость? 10. Что такое критическое число оборотов вала? 11. Когда необходимо рассчитывать вал на критическое число оборотов? 12. Когда необходимо рассчитывать оси и валы на поперечные колебания? 13. Из каких деталей состоят подшипники качения? 14. Из каких материалов изготовляют шарики, ролики, кольца и сепараторы подшипников качения? 15. Каковы достоинства и, недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения? 16. Какие различают виды подшипников качения по форме тел качения и по направлению воспринимаемой ими нагрузки? 17. Что представляют собой стандартные размеры серии подшипников качения? 18. Какие различают серии подшипников качения и когда их применяют? 19. Какие различают основные виды шарико- и роликоподшипников по конструкции и где их применяют? 20. Каковы особенности конструкции и работы игольчатых подшипников? Где их применяют? 21. Каковы достоинства и недостатки шарикоподшипников по сравнению с роликоподшипниками? 22. Для чего применяют смазку в подшипниках качения и как она осуществляется? 23. Какие виды уплотняющих устройств применяют в подшипниках качения и где именно? 24. Как рассчитывают подшипники качения на долговечность по динамической грузоподъемности и как их подбирают по ГОСТ? 25. Как определяют динамическую грузоподъемность подшипников качения? 26. Как определяют эквивалентную динамическую нагрузку подшипников качения? 27. Чем ограничиваются предельные скорости вращения подшипников? 28. Как производится монтаж и демонтаж подшипников качения? 29. Где применяют подшипники качения, отдельные детали которых изготовляют из пластмасс? 13. Подшипники скольжения При изучении темы рассмотреть основные типы и области применения подшипников скольжения. Следует научиться подбирать их по ГОСТ и ведомственным нормалям, изучить материалы вкладышей и корпусов подшипников скольжения, области применения вкладышей в зависимости от их материала; расчеты подшипников скольжения, работающих: а) в условиях смешанного трения; б) в условиях жидкостного трения; конструкции и расчет подпятников скольжения. Вопросы для самопроверки 1. В каких областях машиностроения применяют подшипники скольжения? Каким основным требованиям они должны удовлетворять? 2. Какие различают виды трения в подшипниках скольжения и чем они отличаются между собой? 3. Почему при жидкостном трении режим работы подшипника скольжения является самым благоприятным? 4. В каких случаях применяют подшипники скольжения с полусухим и полужидким трением и в каких - с жидкостным трением? 5. Какие различают подшипники скольжения в зависимости от направления воспринимаемой ими нагрузки? 6. Какие различают типы подшипников скольжения по конструкции и какие из них нормализованы ГОСТ? 7. Для чего предназначены вкладыши? 8. Какова особенность конструкции подшипников с самоустанавливающимися вкладышами? 9. Как устроены подпятники скольжения? Как их рассчитывают? 10. Из каких материалов изготовляют корпус и вкладыши подшипников скольжения? 11. Как определяют основные размеры подшипников скольжения? 12. Какие смазочные материалы применяют в подшипниках скольжения? 13. Что такое вязкость и маслянистость масла? 14. Что представляет собой динамическая и кинематическая вязкость и в каких единицах ее выражают? 15. В каких случаях в подшипниках скольжения применяют жидкую, консистентную и твердую смазки? 16. Как рассчитывают подшипники скольжения, работающие в условиях полусухого, полужидкостного трения? 17. Когда и как производят тепловой расчет подшипников скольжения? 14. Соединения сварные, клеевые и паяные Следует ознакомиться со способами образования звеньев механизмов соединением деталей, уяснить область применения тех или иных типов соединений в машиностроении. Область применения сварных соединений, их достоинства и недостатки, влияние сварки на конструкцию деталей машин, виды сварных швов. При расчете сварных швов ознакомьтесь с выбором допускаемых напряжений для сварных соединений. Сварные конструкции в машиностроении, несмотря на большие преимущества (экономия металла, уменьшение стоимости изготовления), в отдельных случаях могут оказаться в процессе работы менее качественными по сравнению с такими же конструкциями, выполненными из стального или чугунного литья (меньшая жесткость, наличие внутренних напряжений и т.д.). Однако сварные соединения получили очень широкое распространение в машиностроении и во многих случаях вытеснили заклепочные. Кроме того, для удешевления технологии изготовления некоторые поковки также заменяются сварными конструкциями. При изучении темы необходимо ознакомиться с технологией паяных и клеевых соединений, областью их применения, достоинствами и недостатками, а также с методами расчета на прочность этих видов соединений. Вопросы для самопроверки 1. Что называют сварным швом? 2. Какие виды сварки получили распространение в промышленности? 3. Как выполняют электродуговую сварку? 4. Укажите типы сварных швов. 5. Как рассчитывают стыковые сварные швы? 6. Как рассчитывают угловые сварные швы: лобовые, фланговые и комбинированные? 7. Как рассчитывают сварной шов, подверженный действию изгибающего момента? 8. Как рассчитывают сварные соединения, испытывающие действие крутящего момента? 9. Как рассчитывают сварные швы при переменных нагрузках? 10. Как рассчитывают сварные швы соединений, работающих на сложное сопротивление? 11. Каковы преимущества сварных конструкций по сравнению с клепаными, литыми и коваными? 12. Где применяют клеевые и паяные соединения? 13. Как ведется подготовка поверхности деталей к склеиванию и пайке? 14. Как рассчитываются на прочность эти виды соединений? 15. Соединения резьбовые Один из наиболее распространенных видов разъемных соединений, применяемых во всех областях машиностроения, - резьбовое соединение. При изучении резьбовых соединений необходимо рассмотреть следующие вопросы: резьбы и их разновидности, ГОСТы на резьбы, достоинства, недостатки и области применения отдельных видов резьб, расчет резьбы и ее подбор по ГОСТ; области применения различных болтов, винтов, шпилек, гаек и гаечных замков; стандарты на них; их материал. Взаимодействие между болтом и гайкой, на распределение осевой силы по виткам, а также на способы разгрузки болта от действия на него поперечной силы. Расчет болтов при статических и переменных нагрузках, выбор запасов прочности и допускаемых напряжений в зависимости от условий работы материала, технология изготовления и монтажа. Разница в расчетах болтов: 1) без предварительной затяжки и с их предварительной затяжкой; 2) без последующей затяжки и с их последующей затяжкой. Температурные напряжения в резьбовых соединениях. Конструкторские и технологические мероприятия по повышению выносливости винтов: применение профилей резьбы с увеличенным радиусом впадин, специальных форм стержня, гаек, обеспечивающих повышение равномерности работы витков резьбы, оптимальной технологии и специального упрочнения резьбы. Конструкция и методика расчета фрикционно-винтовых (клеммовых) соединений, способы предохранения резьбовых соединений от отвинчивания. Вопросы для самопроверки 1. Какие различают типы резьбы по назначению и по геометрической форме и какие из них являются стандартными? 2. Какие существуют виды резьбы по числу заходов ее и по направлению наклона витков? 3. Почему для болтов применяют треугольную резьбу? 4. Какие различают виды метрической резьбы? 5. Почему метрическая резьба с крупным шагом имеет преимущественное применение? 6. Когда применяют резьбу с мелкими шагами? Прямоугольную, трапецеидальную, упорную и круглую резьбы? 7. Какие различают болты и винты по форме головок и какие из них нормализованы ГОСТ? 8. Какие различают болты, шайбы и гаечные замки по конструкции и какие из них нормализованы ГОСТ? 9. Из какого материала выполняют болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и гаечные замки? 10. Какие устройства применяют для разгрузки болта от действующей поперечной силы? 11. Когда применяют шпильки и винты вместо болтов? 12. Как рассчитывают болты, винты и шпильки при действии на них статических нагрузок в различных случаях нагружения? 13. Как рассчитывают болт, винт и шпильку при действии на них переменных нагрузок и высоких температур? 14. Какова методика расчета групп болтов? 15. Как рассчитывают болты клеммовых соединений? 16. Как определяют допускаемые напряжения для болтов, винтов и шпилек при расчете на прочность? 16. Соединения с натягом При рассмотрении темы необходимо изучить цилиндрические соединения, а также соединения с помощью стяжных колец и планок, виды прессовых посадок и области их применения в машиностроении. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите виды соединений посадками с натягом и области их применения. 2. Какова методика расчета цилиндрических соединений деталей с натягом? 3. Где применяют соединения с помощью стяжных колец и планок и как ведется их расчет? 17. Шпоночные, шлицевые (зубчатые) и профильные соединения Необходимо обратить внимание на следующие вопросы: конструкции шпонок и шлицев, их материал, допускаемые напряжения и области применения; их достоинства и недостатки, разновидности, подбор шпонок и шлицев по ГОСТ и их проверочный расчет. Штифтовые и профильные соединения, развитие соединений вал – втулка. Понятие о шариковых шлицевых соединениях. Вопросы для самопроверки 1. Каково назначение шпонок и какие их типы различают по ГОСТ? 2. Назовите области применения различных типов шпонок. 3. Как определяют размеры шпонок? 4. Как рассчитывают призматические и сегментные шпонки? 5. Что такое шлицевые (зубчатые) соединения и какими преимуществами они обладают по сравнению со шпоночными? 6. Укажите виды шлицевых (зубчатых) соединений и области их применения. 7. Как определяют размеры шлицевых соединений и как их рассчитывают? 8. В каких случаях применяют профильные соединения? 18. Муфты Следует обратить внимание на следующие вопросы: классификация муфт, их конструкция, основы выбора типа муфты и ее расчета. Необходимо хорошо знать области применения всех видов муфт: глухих, подвижных (жестких и упругих), сцепных (кулачковых и фрикционных), обгонных, предохранительных, центробежных, комбинированных, специальных, а также гидравлических, обеспечивающих плавность и безопасность в работе. Нужно уметь подбирать муфты по ГОСТ и по ведомственным нормалям и производить для них проверочные расчеты. Вопросы для самопроверки 1. Какие различают классы, группы, подгруппы и виды муфт по Принципу их действия? 2. На какие виды подразделяют неразъемные муфты? 3. Как устроены втулочная и фланцевая (поперечно-свертная) муфты? Где их применяют и как производится их проверочный расчет на прочность? 4. Как устроена и работает зубчатая муфта и как она подбирается по ГОСТ? 5. Как устроены крестовые муфты - кулачково-дисковая и с плавающим вкладышем? Где их применяют? 6. Какие различают типы шарнирных муфт? Какие из них нормализованы ГОСТ? Как они устроены, как работают и как определяют их размеры? 7. Какие различают виды упругих муфт? Где их применяют и какие из них нормализованы ГОСТ? 8. Какие различают виды фрикционных муфт? Как они устроены и как работают? 9. Как рассчитывают дисковые, конусные и многодисковые фрикционные муфты? 10. Как устроены, где применяют и как рассчитывают предохранительные муфты? Обгонные муфты? 11. Укажите принцип работы и области применения гидравлических и электромагнитных муфт. 19. Динамика машин Рассматривая основную задачу динамического анализа механизмов - определение движения звеньев механизма по приложенным к ним силам, следует изучить метод приведения сил и метод приведения масс, которые позволяют применить к сложным механизмам известные законы динамики твердого тела, и с точки зрения теоретической механики приведенные сила и масса являются обобщенными силой и массой. Для некоторых механизмов значение приведенной массы (или приведенного момента инерции) меняется с изменением положения механизма. Уравнения движения механизма в двух формах: в форме уравнения кинетической энергии, связывающего работы сил движущих и сил сопротивления с изменением кинетической энергии, и в дифференциальной форме, связывающей силы или моменты с ускорениями. Рассматривая режимы движения (фазы, стадии) - разбег, установившееся движение и выбег, важно установить соотношения между работами сил двужущих и сил сопротивления, которые определяют каждый режим. Следует помнить, что к.п.д. применяется к установившемуся движению, и уметь находить его для последовательного и параллельного соединения механизма. Нужно знать причины, вызывающие неравномерность движения на установившемся движении, оценку неравномерности движения специальным коэффициентом и регулирование периодических колебаний скорости введением дополнительной массы - маховиком, который увеличивает общую кинетическую энергию механизма. Регулирование непериодических колебаний скорости регуляторами. При изучении уравновешивания нужно обратить внимание на положение общего центра масс звена относительно оси вращения и сумму моментов сил инерции относительно точек оси вращения. Экспериментальное уравновешивание называют балансировкой. Уравновешивание преследует устранение (полное или частичное) воздействия на стойку только динамических нагрузок от вращающейся на ней массы (от сил инерции этой массы). После полного уравновешивания стойка по-прежнему испытывает действие веса вращающейся массы и действие ее внешних нагрузок. Вопросы для самопроверки 1. Почему приведённая масса (или приведенный момент инерции) рычажного механизма изменяется от положения механизма, а для зубчатого механизма постоянна? Меняется ли приведенная масса с изменением скорости? 2. Какое уравнение движения (уравнение кинетической энергии или дифференциальное уравнение движения) следует применять для определения закона движения механизма для случаев: силы - функция положения, силы - функция скорости? 3. Как можно уменьшить время разбега и выбега? Изменяется ли кинетическая энергия в режиме установившегося движения? 4. Какие причины вызывают изменение скорости при установившемся движении, являются эти колебания скорости периодическими или непериодическими? 5. Что такое средняя скорость установившегося движения, коэффициент неравномерности движения? Когда движение равномернее: при значении коэффициента неравномерности 0,1 или 0,01? 6. Опишите регулирующее действие маховика по физическому смыслу и по уравнению кинетической энергии, покажите, что увеличение массы вращающегося звена механизма выравнивает его скорость. На каком режиме маховик набирает кинетическую энергию, как влияет введение маховика на время разбега и время выбега? 7. Опишите действие регулятора Уатта и тормозного регулятора на скорость механизма. Воздействием на какие силы (движущие, сопротивления) поддерживается постоянная скорость? 8. Что такое неуравновешенность? Через какие места вращающаяся масса воздействует на стойку? Каковы вредные последствия неуравновешенности и когда неуравновешенность особенно опасна? Может ли меньшая скорость вращения (сопровождающаяся меньшими инерционными силами) оказаться опаснее большой скорости? 9. Что такое статическая балансировка, гарантирует ли она полное уравновешивание, сколько уравновешивающих грузов достаточно для статического уравновешивания? 10. Сколько уравновешивающих грузов достаточно для полного уравновешивания вращающейся массы? Будет ли нарушаться полная уравновешенность, если изменить положение вращающейся массы относительно ее подшипников (сдвинуть вдоль оси)? 11. Приведите случай расположения масс относительно оси вращения, который вызывает появление момента неуравновешенной пары сил инерции. Где находится общий центр масс? Сколько уравновешивающих грузов необходимо в этом случае? 12. Может ли полностью уравновешенная масса испытывать при вращении внутренние напряжения и получать деформации от действия сил инерции? 13. Можно ли, не нарушая уравновешенности, изменить только положение уравновешивающего груза в плоскости уравновешивания или и положение, и массу груза? Литература Механика машин: учеб. пособие для втузов/ под ред. Г.А. Смирнова. - М.: Высш.шк., 1996. – 511с. Сапрыкин В.Н. Техническая механика: [учебник]. - Ростов-н/Д.;Харьков: Феникс; Торсинг, 2003. – 560c. Олофинская В.П. Техническая механика. Курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий: учеб. пособие. - М.: ФОРУМ; ИНФРА-М, 2005. - 349с. Диевский, В.А. Теоретическая механика: учеб. пособие для вузов. - Изд. 3-е, испр. - СПб. : Лань, 2009. - 320с. Павлов, В.Е. Теоретическая механика: учеб. пособие для вузов. - М. : Академия, 2009. – 320с. Теоретическая механика: учебник для вузов / Н.Г. Васько [и др.]. - Изд. 2-е, испр. и доп. - Ростов-н/Д.: Феникс, 2015. – 302с. Иосилевич Г.Б. Прикладная механика. - Репринт изд. - М.: АльянС, 2013. – 576с. Мильченко А.И. Прикладная механика: учеб. пособие для вузов: В 2-х ч. Ч.1. - М.: Академия, 2013. – 256с. Мильченко А.И. Прикладная механика: учеб. пособие для вузов: В 2-х ч. Ч.2. - М.: Академия, 2013. – 256с. Прикладная механика: учебник для академ. бакалавриата: учебник для вузов/ В.В. Джамай [и др.]; под ред. В.В. Джамая; Моск. авиац. ин-т, Нац. исслед. ун-т; . - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт, 2015. – 260с. |