Курсовая работа по технической механике

Техническая механика — это наука, которая изучает механическое движение тел и устанавливает общие законы этого движения.

Техническая механика подразделяется на статику, кинематику и динамику.

Техническая механика. Ее значение в технике. Разделы механики

Механика — одна из первых и древнейших естественных наук, зародившаяся несколько тысячелетий назад — является основой всех современных технических наук. На основе законов механики проектируются новые механизмы, машины и сооружения; изучаются и совершенствуются старые.

Если что-то непонятно — вы всегда можете написать мне в WhatsApp и я вам помогу!

Механикой называют область науки, цель которой — изучение движения и напряженного состояния элементов машин, строительных конструкций, сплошных сред и т. п. под действием приложенных к ним сил.

Современное состояние этой науки достаточно полно определяется ее основными составными частями: общей механикой, к которой относят механику материальных точек, тел и их систем, сплошных и дискретных сред, колебания механических систем, теорию механизмов и машин и др.; механикой деформируемых твердых тел, к которой относят теории упругости, пластичности, ползучести, теорию стержней, ферм, оболочек и др.; механикой жидкости и газа с разделами газо- и аэродинамика, магнитная гидродинамика и др.; комплексными и специальными разделами механики, в частности биомеханикой, теорий прочности конструкций и материалов, экспериментальными методами исследования свойств материалов и др.

Механику принято делить на теоретическую прикладную. В теоретической механике устанавливаются общие закономерности изучаемых объектов вне связи с их конкретным приложениями. Под термином прикладная механика понимают область механики, посвященную изучению движения напряженного состояния реальных технических объектов — конструкций, машин, робототехнических систем и т.п. с учетом основных закономерностей, установленных в теоретической механике. Прикладная механика машин может также рассматриваться как часть более общей науки — машиноведения, включающей кроме механики, теорию проектирования и технологии изготовления машин.

Основные учебные задачи дисциплины «Техническая механики»: дать общее представление об устройстве и способе действия механических частей машин, методах обеспечения работоспособности их при конструировании, изготовлении и эксплуатации, и таким образом расширить фундамент общей инженерной подготовки.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Предмет техническая механика

Машины, механизмы, приспособления, приборы. Основные характеристики и параметры

Каждая научная область отличается специфической направленностью, которая предопределяет объекты ее изучения. Для обеспечения взаимопонимания специалистов необходимо знать принятые определения объектов и принятую техническую терминологию. В технике широко применяют изменяемые, или подвижные, механические системы, разделяемые на машины, машинные агрегаты, механизмы, механические приспособления и приборы.

Машина — совокупность взаимосвязанных звеньев (элементов), предназначенная для преобразования энергии или движения или для накопления и переработки информации с целью повышения производительности, замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Все машины можно разделить на машины-двигатели, рабочие и информационные машины.

Машины-двигатели преобразуют различные виды энергии в механическую работу; в зависимости от вида энергии и способа ее преобразования различают паровые, внутреннего сгорания, гидравлические, газовые, электрические и другие двигатели.

Рабочие машины подразделяются на технологические и транспортные.

Технологические машины изменяют форму, свойства, состояние и положение обрабатываемого объекта. Машины, обрабатывающие заготовки из металлов и других материалов посредством снятия стружки, называются металлорежущими станками, а изменяющие форму и размеры заготовок посредством давления — составляют кузнечно-прессовое оборудование. На машиностроительных заводах широко распространено также деревообрабатывающее, литейное, сварочное и другие вилы оборудования.

Подъемно — транспортные машины (подъемно — транспортное оборудование) служат для механизированного перемещения грузов в пределах предприятий. К ним относятся: краны, конвейеры, подвесные и напольные транспортеры, механизированные и ручные тележки, подъемники, кантователи и др.

Информационные машины служат для преобразования информации. К ним относятся вычислительные, управляющие и другие машины.

Многочисленные разновидности машин отличаются осуществляемыми с их помощью производственными процессам. Их сходство определяется наличием в машинах механизмов, предназначенных для передачи и преобразования движения.

Механизмом называют совокупность взаимосвязанных звеньев, допускающую их относительное движение и предназначенную для неопределенно длительного циклического преобразования движения одного или нескольких (входных) звеньев в определенное движение остальных звеньев (выходных). Например, кривошипно-шатунный механизм, представленный на рисунке преобразовывает вращательное движение звена (кривошипа) в поступательное движение звена (ползуна) или наоборот.

К приборам относят системы (механические, электрические и др.), служащие для передачи и преобразования движения и предназначенные, например, для вычерчивания кривых линий, регистрации и регулирования технологических и физических процессов производства, технических измерений, приема и передачи различной информации и сигналов, а также выполнения счетно-аналитических операций, статистической обработки и др. Многие приборы представляют собой сложные системы, состоящие из двигателей, передаточных механизмов и др. устройств.

В технике часто находят применение механические приспособления, которые представляют собой систему звеньев, предназначенную для преобразования и передачи сил: рычажные и винтовые прессы, домкраты, динамометры, весы и др. Отличительные особенности их — как правило, ручной привод и отсутствие цикличности действия.

Различные устройства называют также аппаратами. Это слово является синонимом слов прибор, приспособление. Аппараты могут и не иметь механизмов, как, например, в химических производствах. Здесь же мы будем рассматривать лишь такие аппараты, в которых имеются механизмы. В качестве примера назовем декадно-шаговые искатели автоматических телефонных станций, в которых содержится электромагнитный привод, механизмы подъема и вращения контактного комплекта для соединения контактов с нужными ламелями. При этом достигается коммутация или соединение телефонных абонентов.

Развитие механизмов осуществляется путем усовершенствования ранее известных их модификации и разработки новых видов. Так, например, в последнее время широкое развитие получают всевозможные манипуляционные и робототехнические системы, дающие возможность осуществлять рабочие процессы в средах, недоступных или вредных для человека, а также освободить его от однообразных утомительных операций, к которым в первую очередь относятся сборочные операции на конвейерах производств массовой продукции. Интересны также новейшие медицинские аппараты, с помощью которых реализуются физиологические функции органов человека — искусственные почки, легкие, искусственное сердце, всевозможные массажеры и др.

Основные характеристики и параметры машин и приборов

Важнейшими характеристиками машин являются: назначение и область применения, способ управления движением, расположение оператора, вид привода.

В зависимости от способа управления движением машин различают машины ручного управления, автоматического и полуавтоматического действия. К машинам с ручным управлением следует в первую очередь отнести те их разновидности, в которых оператор находится на соответствующем встроенном в машину рабочем месте (автомобили, тракторы и т.п.) или в непосредственной близости от машины (металлорежущие станки и др.). В частности, ручное управление может быть дистанционным, при котором оператор пользуется выносным пультом управления, преимущественно кнопочным, для последовательного или одновременного включения в действие различных механизмов. К таким машинам относят, например, грузоподъемные тельферы. В машинах полуавтоматического действия часть операций имеет ручное управление, а часть — с помощью устройств автоматического действия. В машинах автоматического действия все операции осуществляются по заданной программе с помощью специальных устройств или современных электронных машин, например, станки с числовым программным управлением.

К параметрам машин относят общие и специфические параметры. К общим параметрам относят производительность, скорости рабочих движений выходных звеньев, мощность привода, коэффициент полезного действия, массу, габаритные размеры; к специфическим — параметры, которые характерны для конкретного вида машин. Так, например, для грузоподъемных машин указывают высоту подъема груза, для водяных насосов — высоту подъема и глубину всасывания воды, для многоступенчатого компрессора для сжатия воздуха — давление воздуха на выходе каждой ступени. Очевидно, что для машин специального назначения могут быть указаны и другие параметры.

Приводы машин и приборов различают по виду применяемой для их действия энергии на электрические, внутреннего сгорания, пневматические (преобразующие энергию сжатого воздуха в кинетическую энергию перемещения выходных звеньев), гидравлические (преобразующие потенциальную энергию жидкости в кинетическую энергию движения звеньев), пружинные (преобразующие энергию сжатых пружин в перемещение выходных звеньев и применяемые преимущественно в приборах — часах, скоростемерах).

Производительность машин измеряют в тех единицах, которые пригодны для обрабатываемых материалов, например, производительность компрессоров в м3/мин или м3/ч; ткацких станков — количеством метров сотканной ткани и т. п.

Скорости рабочих движений указывают, как правило, для каждого вида движения. Так, дня токарных станков указывают ряды скорости вращения шпинделей и скорости подач, для грузоподъемных кранов — скорости подъема грузов, передвижения тележек, поворота консолей и т. п.

Коэффициент полезного действия отображает долю полезно реализуемой энергии и эффективность ее использования, т. е. является объективной характеристикой экономичности машин. Такие параметры, как масса и габаритные размеры, необходимо знать для транспортирования машин, рационального и безопасного размещения их в цехах, на строительных площадках и других производственных территориях. Все основные характеристики и параметры машин указаны в техническом паспорте, которым снабжают машину.

Основные требования к машинам и их деталям. Показатели работоспособности деталей машин

Машины, механизмы, приборы, аппараты, приспособления, инструменты и другие изделия основного и вспомогательного производств машиностроительных предприятий изготовляют из деталей. Деталью принято называть элемент конструкции, изготовленный из материала одной марки без применения сборочных операций (например, болт, гайка, вал и т. д.).

Совокупность деталей, соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями (завинчиванием, сваркой и т. д.) и предназначенных для совместной работы, называют сборочной единицей (узлом). Простейший узел является составной частью более сложного узла, который, в свою очередь, оказывается узлом изделия, комплекса и т. п. Характерными примерами узлов являются (по мере нарастания сложности) подшипник, узел опоры, редуктор и т. п.

Изготовление конструкций и узлов из деталей позволяет использовать различные материалы, облегчает их изготовление, эксплуатацию и ремонт, обеспечивает возможность их нормализации и стандартизации, изготовления на специализированных заводах и т. д.

В каждой машине число деталей исчисляется сотнями, тысячами, а в крупных машинах, например в самолете — миллионами. Несмотря на различное конструктивное оформление и назначение машин, детали и узлы в них в основном одинаковые (типовые и стандартные). К их числу относятся различные соединения (резьбовые, сварные, шлицевые и др.), передачи (зубчатые, винтовые, гибкой связью и др.) и их детали, валы, муфты и опоры, уплотнения и устройства для смазывания, пружины и др.

К машинам, проектируемым и изготовляемыми в настоящее время, предъявляется общее требование соответствия наивысшему современному мировому техническому уровню.

Это обеспечивается:

• увеличением производительности и мощности машин;
• повышением скоростей, давлений и других показателей интенсивности производственных процессов;
• повышением коэффициентов полезного действия машин;
• снижением веса и габаритов;
• широкой автоматизацией управления;
• повышением надежности и долговечности;
• снижением стоимости изготовления и увеличением экономической эффективности эксплуатации;
• удобством и безопасностью обслуживания;
• удовлетворением требований технической эстетики.

К деталям машин предъявляют вытекающие отсюда требования работоспособности, надежности, технологичности, экономичности, эстетичности и др.

Надежность. Под надежностью понимают свойство изделия (детали, узла, машины) выполнять функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки.

Надежность является общей проблемой для всех отраслей машиностроения и приборостроения. Любая современная машина или прибор, какими бы высокими характеристиками они не обладали, будут обесценены при ненадежной работе.

Надежность изделия зависит от необходимой наработки, которая может исчисляться в часах работы станка, налета самолета и т. д., в километрах пробега автомобиля, гектарах обработанной земли для сельскохозяйственной машины и т. д. Надежность зависит от всех этапов создания и эксплуатации изделий. Ошибки проектирования, погрешности в производстве, упаковке, транспортировке и эксплуатации изделия сказываются на его надежности.

Работоспособность. Работоспособностью называют состояние деталей, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. п.). Работоспособность и надежность деталей машин оцениваются определенными условиями и показателями — критериями. Важнейшими из них являются: 1) прочность; 2) жесткость; 3) износостойкость; 4) виброустойчивость и др.

При расчете и проектировании деталей обычно используют один или два критерия, а остальные критерии удовлетворяются заведомо или не имеют практического значения для рассматриваемых деталей.

Прочность. Деталь не должна разрушаться или получать остаточные деформации под влиянием действующих на нее сил. Недопустимыми являются поломки и разрушения рабочих поверхностей детали.

При заданной нагрузке и выбранном материале необходимая и достаточная прочность детали обеспечивается такими ее размерами и формой, которые исключают поломку и появление остаточных деформаций. Это требование удовлетворяется при расчете по допускаемым напряжениям, т.е. при выполнении условия прочности, выражаемого неравенством

Это неравенство означает, что наибольшие напряжения, возникающие в деталях машин, должны не превышать допускаемых, но быть близкими к ним, чтобы возможно полно использовался материал и уменьшался вес детали.

Допускаемые напряжения определяют по формулам

где — предельное (опасное) напряжение при котором происходит разрушение или возникают пластические деформации; — коэффициент запаса.

Выбор предельного напряжения зависит от материала детали, вида деформации детали (растяжение, сжатие, кручение и т.д.) и характера изменения напряжений во времени.

Жесткость. Жесткостью называют количественно характеризуемую способность деталей сопротивляться деформации под действием сил. Во многих случаях этот показатель работоспособности деталей оказывается наиболее важным и для его обеспечения приходится так увеличивать размеры детали, что действительные напряжения становятся значительно меньше допускаемых.

Требования к жесткости вызываются необходимостью обеспечения удовлетворительной совместной работы сопряженных деталей, а так же удовлетворительной работы машины в целом.

Под действием сил детали получают упругие деформации: валы прогибаются и скручиваются, болты растягиваются и т.д. Например, в результате деформации валов их опорные сечения поворачиваются, что отрицательно сказывается на работе подшипников; прогибы и углы поворота валов в местах посадки зубчатых колес приводят к неравномерному распределению нагрузки по длине зубьев.

Поэтому помимо расчетов на прочность для ряда деталей выполняют расчеты на жесткость путем сравнения фактических перемещений (прогибов, углов поворота, углов закручивания) с допускаемыми (нормированными).

Износостойкость. Износ является главной причиной выхода из строя деталей машины. Необходимость замены изношенных деталей или их восстановления ведет к частым остановкам машин и простоям для выполнения мелких и капитальных ремонтов. Износ ведет также к потере точности машин, что для многих их типов (например, станков) служит одним из основных эксплуатационных показателей.

Различаю три основных вида износа:

1. механический, вызываемый царапающим действием неровностей трущихся деталей и посторонних твердых частиц, попадающих на трущиеся поверхности;
2. молекулярно-механический при заедании, т.е. местном сваривании (с высокими скоростями скольжения и давлениями) и последующем вырывании одной деталью приварившихся к ней частиц с поверхности другой детали при относительном движении;
3. коррозионно-механическый, при котором продукты коррозии стираются механическим путем.

Расчеты на износ носят обычно условный характер и сопутствуют расчетам на прочность. Так, например, в формулу на прочность зубчатых колес по изгибу вводят поправочный коэффициент на износ, т.е. опытный коэффициент, при котором зубу колеса придаются такие размеры, что обычный износ поверхностей зубьев не приводит к преждевременному недопустимому их утонению и разрушению.

Теплостойкость. В результате тепловыделения, связанного с рабочим процессом или с трением, детали некоторых машин работают в условиях повышенных температур (> 100°С). При температурах свыше 250°С снижается пластичность черных металлов.

При длительной работе в таких условиях (300-400°С) появляется медленная непрерывная пластическая деформация — ползучесть. При повышенной температуре снижается смазывающая способность масел и появляется опасность повышенного износа и заедания. Наконец, вследствие тепловых деформаций может понизиться точность машины.

Нежелательные явления, которые сопровождают тепловыделение, предотвращаются проведением специальных тепловых расчетов: определением рабочей температуры частей машины, установлением рабочих напряжений и сравнением их с так называемым пределом ползучести для материала детали и т.д.

Виброустойчивость. Под этим подразумевают способность машины работать с заданными скоростями и нагрузкой без колебаний недопустимой интенсивности.

Помимо указанных выше основных показателей работоспособности, детали машин должны иметь также следующие технико-экономические характеристики.

Технологичность. Форму и материал детали нужно выбирать такими, чтобы изготовление ее требовало наименьших затрат труда и времени в производстве, эксплуатации и ремонте.

Технологичность деталей обеспечивается:

• очерчиванием их простейшими поверхностями (цилиндрическими, коническими и др.), удобными для обработки механическими и физическими методами;
• применением материалов, пригодных для безотходной обработки (давлением, литьем, прессованием, сваркой, лазерной и т. п.);
• ресурсосберегающей технологии;
• системой допусков и посадок и другими средствами и методами.

Детали и узлы машин должны быть конструктивно гибкими, т. е. приспособленными к гибкому автоматизированному производству (ГАП). Для этого их конструкции должны характеризоваться также высокой преемственностью и высоким уровнем стандартизации и унификации конструкционных элементов, материалов, расчетов и технологий, возможностью «сращивания» систем автоматизированного проектирования и производства и др.

Экономичность. При оценке экономичности учитывают затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Экономичность деталей и узлов достигается оптимизацией их формы и размеров из условия минимума материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости производства, за счет максимального коэффициента полезного действия в эксплуатации при высокой надежности; высокой специализацией производства и т. д.

Эстетичность. Совершенство и красота внешних форм деталей, узлов и машины в целом существенно влияют на отношение к ней со стороны обслуживающего персонала и потребителей.

Красивый внешний вид деталям, узлам и машине придают форма и внешняя отделка конструкции (плавные линии, декоративная полировка, окраска, нанесение гальванических покрытий и окисных пленок и т. д.).

Малый вес и минимальные габариты. Деталь должна иметь достаточную прочность, жесткость и износостойкость при минимально возможных габаритах и весе. Достичь этого можно, например, путем широкого использования облегченных профилей проката (широкополых балок, тонкостенных, гнутых и пустотелых профилей), применения современных методов поверхностного упрочнения металлов (закалка токами высокой частоты, цементация, азотирование, дробеструйный наклеп, пористое хромирование), использования высокопрочных чугунов и легких сплавов, внедрения неметаллических материалов в замен черных и цветных металлов, совершенствования конструктивных форм деталей.

Недефицитность материала. Все указанные требования не должны выполняться за счет применения дефицитных материалов, так как их использование приводит к резкому увеличению стоимости детали.

Безопасность. Форма и размеры детали должны обеспечивать безопасность обслуживающего персонала при изготовлении и эксплуатации машин.

Соответствие государственным стандартам. Деталь должна удовлетворять стандартам, разработанным на формы, сорта и марки материала наиболее употребительных деталей.

Большинство указанных выше показателей работоспособности в основном обеспечивается в процессе расчета детали. В расчетах широко используют не только теоретические формулы, но и эмпирические зависимости, полученные на основе обобщения опыта проектирования и эксплуатации машин. Некоторые величины, необходимы для расчета, должны быть выбраны конструктором с учетом характера нагружения детали и условий ее работы. В расчетные формулы вводят ряд опытных коэффициентов, которые конструктор должен принять по справочной литературе.

Всегда возможны различные варианты решения задачи проектирования детали рациональных размеров и формы: например, применение более качественного материала с более высоким допускаемым напряжением, использование ребер жесткости, термической обработки и т.д. позволяющих уменьшить размеры и вес детали.

Проектировать деталь конструктор может в таком порядке:

1. составить расчетную схему, в которой формы проектируемой детали и характер
2. ее сопряжения с другими деталями представлены в упрощенном виде, а силы, действующие на деталь, приняты сосредоточенными или распределенными по какому-либо простому закону;
3. определить силы, действующие на деталь в процессе работы машины;
4. выбрать материал и, учитывая все факторы, влияющие на прочность детали,
5. определить допускаемые напряжения;
6. определить размеры детали, требуемые по условиям ее прочности (жесткости,
7. износостойкости), соответствующим принятой расчетной схеме;
8. выполнить чертеж детали с указанием всех размеров, точности изготовления,
9. шероховатости поверхностей и прочих сведений, необходимых для ее изготовления.

Расчет, выполняемый при этом методе конструирования, называют проектным, или проектировочным.

Однако часто проектирование ведут по другому методу: размеры и форму детали предварительно задает конструктор, исходя из ее назначения, характера соединения с другими деталями и общей компоновкой узла. После этого выполняют проверочный расчет детали, при котором определяют (для принятой расчетной схемы и действующих сил) фактические (расчетные) напряжения и действительные (расчетные) коэффициенты запаса прочности и сравнивают их с допускаемыми напряжением и требуемым коэффициентом запаса

Проверочный расчет часто выполняют и после проектирования. Это необходимо в тех случаях, когда размеры детали, определенные с помощью проектировочного расчета; в ходе конструирования подвергают изменениям по тем или иным конструктивным соображениям.

Этапы создания изделий. Проверка патентной частоты разработок

Общие сведения о САПР. Построение расчетных моделей

Конструирование изделий — творческий процесс со свойственными ему закономерностями построения и развития. Основные особенности этого процесса состоят в многовариантности решения, необходимости согласования принимаемых решений с общими и специфическими требованиями, предъявляемыми к конструкциям, а также с требованиями соответствующих ГОСТов, регламентирующих термины, определения, условные обозначения, систему измерений, методы расчета и т. п.

Детали, узлы, машины изготовляют по чертежам, выполненным на основе проектов — совокупности расчетов, графических материалов и пояснений к ним, предназначенных для обоснования и определения параметров конструкции (кинематических, динамических, геометрических и др.), ее производительности, экономической эффективности. Для особо ответственных конструкций проект дополняют макетом или действующей моделью.

Основной задачей проектно-конструкторской подготовки производства (в том числе и в строительстве) является создание комплекта чертежной документации для изготовления и испытания макетов, опытных образцов (опытной партии), установочной серии и документации для установившегося серийного или массового производства новых изделий в соответствии с требованиями технического задания.

Содержание и порядок выполнения работ на этой стадии системы СОНТ регламентируются ГОСТами в единой системе конструкторской документации (ЕСКД). ГОСТ определяет следующие стадии конструкторской подготовки производства (КПП): техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект.

Техническое задание является исходным документом, на основе которого осуществляется вся работа по проектированию нового изделия. Оно разрабатывается на проектирование нового изделия либо предприятием-изготовителем продукции и согласуется с заказчиком (основным потребителем), либо заказчиком. Утверждается ведущим министерством (к профилю которого относится разрабатываемое изделие).

В техническом задании определяется назначение будущего изделия, тщательно обосновываются его технические и эксплуатационные параметры и характеристики: производительность, габариты, скорость, надежность, долговечность и другие показатели, обусловленные характером работы будущего изделия. В нем также содержатся сведения о характере производства, условиях транспортировки, хранения и ремонта; рекомендации по выполнению необходимых стадий разработки конструкторской документации и ее составу; технико-экономическое обоснование и другие требования.

Разработка технического задания базируется на основе выполненных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, результатов изучения патентной информации маркетинговых исследований, анализа существующих аналогичных моделей и условий их эксплуатации.

Техническое предложение разрабатывается в том случае, если техническое задание разработчику нового изделия выдано заказчиком. Второе содержит тщательный анализ первого и технико-экономическое обоснование возможных технических решений при проектировании изделия, сравнительную оценку с учетом эксплуатационных особенностей проектируемого и существующего изделия подобного типа, а также анализ патентных материалов.

Порядок согласования и утверждения технического предложения такой же, как и технического задания. После согласования и утверждения техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта. Последний разрабатывается в том случае, если это предусмотрено техническим заданием или техническим предложением, там же определяются объем и состав работ.

Эскизный проект состоит из графической части и пояснительной записки.

Первая часть содержит принципиальные конструктивные решения, дающие представление об изделии и принципе его работы, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры. Таким образом, она дает конструктивное оформление будущей конструкции изделия, включая чертежи общего вида, функциональные блоки, входные и выходные электрические данные всех узлов (блоков), составляющих общую блок-схему. На этой стадии разрабатывается документация для изготовления макетов, осуществляется их изготовление и испытания, после чего корректируется конструкторская документация.

Вторая часть эскизного проекта содержит расчет основных параметров конструкции, описание эксплуатационных особенностей и примерный график работ по технической подготовке производства.

В состав задач эскизного проекта входит и разработка различных руководящих указаний по обеспечению на последующих стадиях технологичности, надежности, стандартизации и унификации, а также составление ведомости спецификаций материалов и комплектующих изделий на опытные образцы для последующей передачи их в службу материально-технического обеспечения. Макет изделия позволяет добиться удачной компоновки отдельных частей, найти более правильные эстетические и эргономические решения и тем самым ускорить разработку конструкторской документации на последующих стадиях системы сонт.

Эскизный проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

Технический проект разрабатывается на основе утвержденного эскизного проекта и предусматривает выполнение графической и расчетной частей, а также уточнения технико-экономических показателей создаваемого изделия. Он состоит из совокупности конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации.

В графической части технического проекта приводятся чертежи общего вида проектируемого изделия, узлов в сборке и основных деталей. Чертежи обязательно согласовываются с технологами.

В пояснительной записке содержатся описание и расчет параметров основных сборочных единиц и базовых деталей изделия, описание принципов его работы, обоснование выбора материалов и видов защитных покрытий, описание всех схем и окончательные технико-экономические расчеты. На этой стадии при разработке вариантов изделий изготавливается и испытывается опытный образец.

Технический проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Примеры решения задач технической механике

Разработка рабочей документации

Рабочая документация представляет собой комплект рабочих чертежей и текстовых документов, содержащих необходимую информацию об объекте строительства, и является основанием для производства строительных и монтажных работ, а также изготовления строительных изделий на заводах строительной индустрии (например, на заводах железобетонных изделий, домостроительных комбинатах) или непосредственно на строительной площадке.

Рабочая документация в зависимости от назначения в общем случае подразделяется на виды, указанные в табл. 1.1.

Примечание. В состав рабочей документации могут входить другие виды документов, необходимые для осуществления строительных и монтажных работ, например, опросные листы, эскизные чертежи общих видов нетиповых технологических конструкций.

Технические условия разрабатывают при отсутствии стандартов технических условий, распространяющихся на данные изделия, а также при необходимости дополнения или ужесточения требований, установленных в этих стандартах.Рабочая документация для строительства должна выдаваться заказчику комплектно. При этом состав рабочей документации в каждом конкретном случае устанавливается при заключении договоров (контрактов) между заказчиком и исполнителем работ.

Полный комплект рабочей документации на здание (сооружение) или его очереди строительства включает в себя:

• -основные комплекты рабочих чертежей по видам работ;
• -текстовые документы, выполненные к соответствующим основным комплектам рабочих чертежей;
• -полные комплекты рабочей документации на строительные изделия, предусмотренные соответствующими основными комплектами рабочих чертежей;

текстовые документы на здание (сооружение) в целом или на его очередь строительства.

Для производства строительных и монтажных работ заказчику должны выдаваться основные комплекты рабочих чертежей с прилагаемыми к ним рабочими документами: спецификацией оборудования, ведомостью потребности в материалах, ведомостью объемов строительных и монтажных работ, рабочей документацией на индивидуальные строительные изделия, дополнительными рабочими чертежами, содержащими изменения типовых изделий, применяемых в конкретном здании (сооружении); локальной сметой и др.

Стандарты, содержащие рабочие чертежи изделий, стандарты технических условий, рабочая документация на типовые конструкции, изделия и узлы, а также расчеты проектной организацией заказчику не выдаются. Расчеты хранят в техническом архиве организации, разработавшей соответствующую рабочую документацию, и могут быть представлены заказчику во временное пользование по его просьбе.

Пример построения полного комплекта рабочей документации, выдаваемого заказчику, на здание (сооружение) или его очередь строительства приведен на рис. 1.1.

При комплектовании рабочих документов на изделие следует различать:

• основной рабочий документ;
• основной комплект рабочих документов;
• полный комплект рабочих документов.

Основной рабочий документ изделия в отдельности или в совокупности с другими записанными в нем рабочими документами полностью и однозначно определяют данное изделие и его состав.

Основными рабочими документами изделия являются:

• для деталей — чертеж детали;
• для сборочных единиц — спецификация.

Основной комплект рабочих документов изделия объединяет рабочие документы, относящиеся ко всему изделию. В него включают спецификацию, сборочный чертеж, чертежи деталей и, при необходимости, технические условия. Рабочие документы составных частей в основной комплект документов изделия не входят.

Полный комплект рабочих документов изделия включает в себя:

• основной комплект рабочих документов на данное изделие;
• основные комплекты рабочих документов на все составные части данного изделия, примененные по своим основным рабочим документам.

Данная стадия проектирования здания или сооружения включает разработку документов, описывающие проведение строительно-монтажных работ, необходимых для возведения объекта. Рабочая документация включает полный пакет документов по детализации всех систем здания (включая слаботочные), конкретные схемы монтажа инженерных систем, а также другие разделы. По сути, разработка рабочей документации — это разработка точной инструкции по возведению здания, которая служит полным описанием проекта для застройщика, надзорных органов и непосредственно заказчика, осуществляющего контроль за проведением работ.

Рабочая документация включает полные чертежи объекта, спецификации материалов и полую проработку всех узлов. На основании рабочей документации составляется график работ, определяется точная смета, а также описывается другая документация, необходимая всем заинтересованным сторонам. Рабочая документация также служит основанием для составления пакета тендерной документации, предоставляемой потенциальным застройщиком или субподрядчиками.

Разработка рабочей документации включает в себя детализацию всех мелочей, то есть описывает проект не на уровне абстракции, а максимально конкретно и однозначно. Соответственно, составление такого рода документации предъявляет очень высокие требования к квалификации разработчиков, а также требует привлечения достаточно крупной команды, где каждый из участников обладает собственной высокой квалификацией. Наша компания предлагает полный спектр услуг по составлению рабочей документации и гарантирует максимальный уровень качества на каждом этапе и в каждом нюансе данного пакета документов. Обращаясь к нам за составлением проекта и рабочей документации по нему, вы можете быть полностью уверены в том, что обращаетесь к специалистам, уже неоднократно доказавшим на практике свои возможности и способности на самых ответственных и крупных задачах.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Контрольная работа по технической механике

Создание макетов моделей и опытных образцов

В работе над художественно-конструкторским проектом любого вида промышленного изделия необходимо объемное проектирование. Поэтому художественное и промышленное моделирование следует рассматривать как неотъемлемую часть всего проектирования.

В дизайнерской практике изготовление моделей (макетов) практикуется на всех основных этапах разработки изделия. В зависимости от функционального назначения и сложности объемно-пространственного строения изделия определяется материал и технология изготовления модели.

Иногда при создании проекта речь может идти только о внешней форме. Так, у посуды и разных емкостей внутреннего устройства, как известно, нет. Задается лишь полезный объем. То же и у мебели, хотя здесь есть установленные габариты. В этих случаях с самого начала идут поиски внешней формы. В разных отраслях промышленности процесс проектирования новой продукции и отдельные его этапы имеют свои особенности. Соответственно разное место в этом процессе занимает и моделирование. В некоторых случаях оно может быть заключительным этапом проектирования, в других — промежуточным, в третьих — многократно повторяемой стадией. Модели поискового характера могут исполняться и в самом начале проектирования при выборе варианта внешней формы нового изделия.

На каком этапе должна быть создана модель, в каком виде, в каком материале и в каком количестве — это решается в зависимости от задач, поставленных перед автором или авторским коллективом.

Осуществление модели на определенных стадиях проектирования всегда яснее выявляет эстетические и технические качества изделия. Моделирование помогает заблаговременно, до выпуска рабочих чертежей и опытных образцов, заметить ошибки и неувязки, которые без модели обнаруживаются часто слишком поздно, иногда уже после принятия изделия в производство.

Объем имеет целый ряд преимуществ перед графическим исполнением замысла, так как дает возможность наглядно увидеть результат возможного. Как правило, элемент, исполненный по чертежу, всегда требует в натуре некоторого исправления. Макетная техника наряду с изобразительной помогает развитию у автора умения видеть за чертежом или рисунком истинные формы проектируемого изделия.

В модели легко достигнуть натуральности формы, выявить ошибки, определить нужную соразмерность элементов, их пропорции и толщины. Объемное проектирование развивает пространственное воображение. Исполнение композиции в объеме требует большого времени, чем в графике. Выполнить модель по заданной теме без чертежа довольно трудно.

Модель изделия, выполненная из любого материала, обладает большей наглядностью, чем чертеж. По модели значительно легче судить об общем виде изделия, о соразмерности и пластике отдельных частей и всего изделия в целом. На модели небольшого изделия можно проверить не только эстетические достоинства его внешнего вида, но и удобство пользования. Например, если это модель предмета, предназначенного для руки человека, то можно проверить, насколько она приспособлена к руке (электробритва, дверная ручка, электрофонарик). Такие модели малогабаритных изделий, естественно, нужно исполнять всегда в натуральную величину.

Модели больших по размеру и сложных по конструкции изделий на разных стадиях проектирования исполняют в различных масштабах, от мелких, до первых прикидок общей композиции,— до размера натуры. Так, модель токарного или фрезерного станка следует исполнять в масштабе 1:5 или 1:10.

В ряде случаев, когда в уменьшенном виде выявляются все необходимые качества изделия, технические и эстетические, а важные детали, например пульт управления, требуют более тщательной проработки, следует выделить их и выполнить отдельно в виде фрагмента натуральной величины.

Говоря о размерах моделей, необходимо подчеркнуть, что не следует отдавать предпочтение масштабу 1:2. Это самый обманчивый для восприятия человеческого глаза масштаб, не дающий истинного представления о подлинном размере предмета.

Чем сложнее внешняя форма предмета, тем необходимее поиски в объеме. Модели можно исполнять из самых разнообразных материалов. Наиболее удобными являются глина, пластилин, гипс, пенопласт, различные пластмассы, дерево, картон, бумага, то есть пластически подвижные, легко режущиеся материалы.

В настоящее время для выполнения моделей, особенно поисковых широко применяется как материал бумага и картон. Из листа сначала делают выкройки (как при шитье одежды), а потом их склеивают между собой. Макетируют на эскизной стадии проекта обычно из пластилина, легко поддающегося усилиям руки и в то же самое время дешевого, доступного материала. Для эскизирования пользуются и пенопластом. Отдельные части макета сначала вырезают, а потом скрепляют между собой при помощи булавок или клея.

Такие материалы, как глина, пластилин, пенопласт и дерево пригодны для более тщательной проработки формы деталей. Они податливы и пластичны, но на изготовление модели из этого материалов затрачивается больше времени, поэтому из них чаще всего выполняют окончательную модель. Пластилин, однако, со временем теряет форму, а бумага при малейшей сырости коробится — макеты из этих материалов недолговечны.

Выполняя поисковую модель из бумаги, картона, пенопласта и пластилина и т. д., обязательно нужно учитывать внутреннюю конструкцию изделия (механизированной игрушки, электроприбора и т. д).

При помощи поисковой модели художник-конструктор ищет общий вид, пропорции, пластику, соотношение объемов, удобство обращения с изделием и, наконец, образ. Когда же все эти вопросы решены, можно переходить к увязке внешней и внутренней конструкции.

Например, пылесос состоит из корпуса, электродвигателя, крыльчатки, пылесборника и т. п. Все это нужно разместить так, чтобы прибор был не громоздким и маневренным.

В инженерной практике требуется решение аналитическими методами двух основных задач — анализа и синтеза, представляющих собой диалектическое единство противоположностей. Они противоположны, так как взаимно обратные. Единство этих задач с математической точки зрения состоит в том, что решают их, как правило, с помощью одних и тех же математических моделей или уравнений.

Обычно анализ и синтез конструкции проводят в несколько этапов:

1. Надлежащее изучение сущности явления, процесса, принципа действия машины, прибора и взаимодействия их компонентов или звеньев, в результате которого должны быть установлены качественные соотношения постоянных и переменных величин, определяющие изучаемый объект.
2. Составление физической модели. Под физической моделью понимают схему нагружения конструкции, электрическую схему, кинематическую схему и т. п., отображающую переменные и постоянные параметры конструкции, устройства и процессов, подлежащих изучению.
3. Составление математической модели. Под математической моделью следует понимать уравнения или неравенства и их системы, отображающие количественные соотношения переменных и постоянных величин, определяющих изучаемые устройства и происходящие процессы. Уравнения и неравенства могут быть различного вида — алгебраические, трансцендентные, дифференциальные, интегральные, смешанные
4. Решение уравнений, неравенств или их систем для определения зависимости искомых переменных величин от заданных переменных и постоянных величин или определение функций. Заметим, что явное представление функций не всегда возможно.
5. Исследование найденных функций, определение соответствия их изучаемому объекту и конструирование функций, корректно отображающих исследуемые объекты.

В ряде случаев возможна перестановка этих операций, если выявляются очевидные признаки, по которым можно заранее судить о соответствии функций изучаемому объекту. Однако нередки случаи, когда невозможно дать общие рекомендации по приемам конструирования функций и решению различных математических задач.

Т. о. расчетные модели (схемы) могут быть различными.

Простейшим примером расчётной схемы, известным из школьного курса физики, является математический маятник (рис. 1.1), представляющий собой воображаемую (математическую, виртуальную) модель реального маятника. В этой модели, как известно, нить маятника считается нерастяжимой, масса -точечной, трением в местах сопряжения его элементов и сопротивлением среды пренебрегается. В модели с определённой точностью задаются значениями длины нити и массы маятника. Эти упрощения и гипотезы нужны для того, чтобы сделать возможным составление уравнений колебаний маятника, решив которые,можно с некоторой (небольшой) погрешностью спрогнозировать положение реального маятника в любой момент времени при заданных внешних воздействиях.

Аналогичным образом, в строительной расчётной схемы здания механике создаётся расчётная схема рассчитываемого сооружения, представляющая собой его математическую модель. На основе решения уравнений, описывающих данную модель, с той или иной степенью точности определяют НДС реального сооружения.

Одно и то же сооружение может быть смоделировано при помощи разных расчётных схем. В современных условиях, когда расчёт сооружений выполняется с помощью компьютера,

основной задачей инженера является грамотный выбор расчётной схемы (модели). Ошибки, допущенные при формировании расчётной схемы, могут привести к получению результатов, не имеющих ничего общего с действительностью.

На рисунке изображена расчетная модель балки в виде стержня. В точке , удаленной на расстояния и соответственно от концов и , приложена сила (груз массой ); на участке длиной — распределенная нагрузка (груз массой ). Интенсивность распределенной нагрузки: . Опора фиксирована, опора — подвижна. — силы реакций в точках и соответственно.

Этап «Изготовление опытного образца и проведение предварительных испытаний»

Целью проведения этапа «Изготовление опытного образца и проведение предварительных испытаний» является предварительная оценка соответствия разработанных технических решений и их конструкторской реализации требованиям ТЗ.

Такая оценка осуществляется посредством изготовления опытного образца продукции по разработанной конструкторской документации с последующими испытаниями изготовленного образца продукции по программе предварительных испытаний.

Задачи этапа, из которых следует содержание работ по этапу: -подготовка опытного производства для изготовления опытного образца продукции; разработка комплекта эксплутационной документации (ЭД) на основе перечня, уточняемого на этапе разработки РКД;

изготовление опытного образца разрабатываемой продукции по разработанной РКД, его отработка (доводка, настройка) в целях подготовки к предварительным испытаниям;

• проведение предварительных испытаний опытного образца продукции, проверка и оценка ЭД на продукцию в ходе ПИ;
• корректировка РКД и ЭД и доработка опытного образца продукции по результатам изготовления и предварительных испытаний с присвоением РКД литеры ;
• разработка программы и методик приемочных (государственных) испытаний.

Для изготовления опытных образцов производственным отделам при участии конструкторского отдела и службы маркетинга осуществляются следующие подготовительные мероприятия:

1. составляются ориентировочные планы и графики изготовления опытных образцов;
2. на предприятии: выделяется специальный участок для изготовления опытных образцов с учетом того, чтобы не нарушалось текущее производство;
3. прогнозируется возможность возникновения тех или иных проблем в процессе изготовления опытных образцов намечаются пути их преодоления;
4. разрабатываются всевозможные формы (содержащие фамилии ответственных исполнителей, сроки реализации работ и т.д.) для последующего контроля процессов конструирования, производства, патентования и т.д.;
5. назначаются ответственные исполнители по каждой операции, связанной с процессом изготовления опытных образцов, до каждого работника доводится информация о важности для компании в целом разработки данного проекта.

В процессе изготовления опытных образцов служба маркетинга акцентирует внимание на следующих функциях:

1. контроль за ходом выполнения работ» сопоставление стоимости и сроков выполнения работ с намеченными;
2. в случае возникновения серьезных проблем с разработкой нового продукта, служба маркетинга рекомендует высшему руководству пересмотреть весь проект в целом.
3. Цель такого пересмотра — принятие решения или о полной приостановке проекта или о его продолжении до определения действительной степени риска;
4. постоянное отслеживание ситуации на целевом рынке и в экономике страны, сбор информации о новых продуктах конкурентов, информирование руководства о любых событиях в отрасли (в том числе и о слухах), которые могут повлиять на планы компании, связанные с новым продуктом.

Широкое использование ЭВМ на всех стадиях проектирования необходимо, чтобы избавить конструктора от выполнения трудоемких расчетов, многофакторного анализа и большого объема графических работ.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Помощь по технической механике

Общие сведения о системах автоматизированного проектирования

Последние десятилетия характеризуются колоссальным ростом производительных и созидательных возможностей техники (использование атомной энергии в мирных целях, освоение космического, пространства и т. д.).Такой поразительный прогресс человеческого интеллекта явился результатом содружества человека с электронной вычислительной машиной (ЭВМ), которое, сочетая в себе лучшие качества каждого из «партнеров», изменило облик науки и техники и ныне оказывает на них все возрастающее влияние.

Сказанное относится в первую очередь к использованию электронных вычислительных систем для проектирования сложных объектов. Это позволит не только сократить сроки разработки и снизить трудоемкость проектирования, но и найти более выгодные технические и экономические решения.

Автоматизация проектирования началась с наиболее простого — с чертежных, графических работ, а также с выполнения на ЭВМ стандартных инженерных расчетов.

Хотя автоматизация этих операций и важна, но она не дала качественного улучшения и существенного ускорения всего процесса проектирования сложных конструкций.

Если мы проанализируем проект какой-нибудь машины или устройства, то увидим, что наиболее труден первый шаг — завязка проекта, исходный замысел, эскиз. Чтобы выбрать лучший вариант, проектировщик должен представить себе будущий объект в целом, увидеть, как он функционирует, оценить его слабые и сильные стороны.

Раньше конструктор мог справиться с этим самостоятельно. По мере усложнения создаваемых изделий становилось все труднее оценивать конкретный вариант проекта, его соответствие исходным требованиям; увеличивалось и число вариантов проекта, которые необходимо анализировать. Но производительность конструктора осталась практически неизменной, а время проектирования возросло.

Выход из создавшегося положения дает изменение и упорядочение технологии проектирования. Усложнению конструкции и, как следствие, увеличению объема используемой конструктором информации противопоставляют новые методы ее обработки, т. е. автоматизацию проектирования. В этом случае конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объем информации и делает первичный отбор.

Для такого «общения» человека с машиной созданы и создаются системы автоматизированного проектирования (САПР), представляющие собой комплекс вычислительных устройств, средств связи, средств отображения, а также комплекс математических моделей, специальные языки программирования и др.

Автоматизированное проектирование (computer — aided design — )

Представляет собой технологию, состоящую в использовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Таким образом, любая программа, работающая с компьютерной графикой, так же как и любое приложение, используемое в инженерных расчетах, относится к системам автоматизированного проектирования. Другими словами, множество средств простирается от геометрических программ для работы с формами до специализированных приложений для анализа и оптимизации. Между этими крайностями умещаются программы для анализа допусков, расчета масс инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа. Самая основная функция — определение геометрии конструкции (детали механизма, архитектурные элементы, электронные схемы, планы зданий и т.п.), поскольку геометрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта. Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих чертежей и геометрического моделирования. Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может использоваться в качестве основы для дальнейших операций в системах и . Это одно из наиболее значительных преимуществ , позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связанных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах.

Можно, следовательно, утверждать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования являются наиболее важными компонентами автоматизированного проектирования.

Автоматизированное проектирование позволяет инженеру:

а) быстро проверить гипотезу и соответствующую ей модель (теоретическое или аналитическое представление проекта);

б) увидеть и немедленно исправить любые грубые ошибки в чертеже или в исходных утверждениях;

в) оценить (путем сравнения с заданием) характеристики модели и модифицировать ее в многошаговом процессе совершенствования (оптимизации) конструкции;

г) принять решение в критических точках ветвления и выбрать путь, по которому ЭВМ продолжит решение;

д) управлять продвижением в решении задачи (окончить прогон, изменить входные данные и др.) и т. д.

Автоматизированное проектирование избавляет проектировщика от трудоемких расчетов, позволяет больше времени отдавать творчеству, отысканию новых инженерных и научных решений.

В результате автоматизированного проектирования создается эскизный проект изделия, содержащий его основные параметры, характеристики, схему конструкции и математическую модель изделия.

Автоматизированное конструирование осуществляет оптимальный синтез конструктивных элементов с помощью ЭВМ.

Автоматическое конструирование (computer — aided engineering — ) — это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для анализа геометрии , моделирования и изучения поведения продукта для усовершенствования и оптимизации его конструкции. Средства могут осуществлять множество различных вариантов анализа. Программы для кинематических расчетов, например, способны определять траектории движения и скорости звеньев в механизмах. Программы динамического анализа с большими смещениями могут использоваться для определения нагрузок и смещений в сложных составных устройствах типа автомобилей. Программы верификации и анализа логики и синхронизации имитируют работу сложных электронных цепей.

По всей видимости, из всех методов компьютерного анализа наиболее широко в конструировании используется метод конечных элементов (finite element method — ). С его помощью рассчитываются напряжения, деформации, теплообмен, распределение магнитного поля, потоки жидкостей и другие задачи с непрерывными средами, решать которые каким-либо иным методом оказывается просто непрактично. В методе конечных элементов аналитическая модель структуры представляет собой соединение элементов, благодаря чему она разбивается на отдельные части, которые уже могут обрабатываться компьютером.

Как отмечалось ранее, для использования метода конечных элементов нужна абстрактная модель подходящего уровня, а не сама конструкция. Абстрактная модель отличается от конструкции тем, что она формируется путем исключения несущественных деталей и редуцирования размерностей. Например, трёхмерный объект небольшой толщины может быть представлен в виде двумерной оболочки. Модель создается либо в интерактивном режиме, либо автоматически. Готовая абстрактная модель разбивается на конечные элементы, образующие аналитическую модель. Программные средства, позволяющие конструировать абстрактную модель и разбивать ее на конечные элементы, называются препроцессорами (preprocessors). Проанализировав каждый элемент, компьютер собирает результаты воедино и представляет их в визуальном формате. Например, области с высоким напряжением могут быть выделены красным цветом. Программные средства, обеспечивающие визуализацию, называются постпроцессорами (postprocessors). Существует множество программных средств для оптимизации конструкций.

Хотя средства оптимизации могут быть отнесены к классу , обычно их рассматривают отдельно. Ведутся исследования возможности автоматического определения формы конструкции путем объединения оптимизации и анализа.

В этих подходах исходная форма конструкции предполагается простой, как, например, у прямоугольного двумерного объекта, состоящего из небольших элементов различной плотности. Затем выполняется процедура оптимизации, позволяющая определить конкретные значения плотности, позволяющие достичь определенной цели с учетом ограничений на напряжения. Целью часто является минимизация веса. После определения оптимальных значений плотности рассчитывается оптимальная форма объекта. Она получается отбрасыванием элементов с низкими значениями плотности.

Замечательное достоинство методов анализа и оптимизации конструкций заключается в том, что они позволяют конструктору увидеть поведение конечного продукта и выявить возможные ошибки до создания и тестирования реальных прототипов, избежав определенных затрат. Поскольку стоимость конструирования на последних стадиях разработки и производства продукта экспоненциально возрастает, ранняя оптимизация и усовершенствование (возможные только благодаря аналитическим средствам ) окупаются значительным снижением сроков и стоимости разработки.

Таким образом, технологии , и заключаются в автоматизации и повышении эффективности конкретных стадий жизненного цикла продукта. Развиваясь независимо, эти системы еще не до конца реализовали потенциал интеграции проектирования и производства. Для решения этой проблемы была предложена новая технология, получившая название компьютеризированного интегрированного производства (computer — integrated manufacturing — ). пытается соединить «островки автоматизации» вместе и превратить их в бесперебойно и эффективно работающую систему. подразумевает использование компьютерной базы данных для более эффективного управления всем предприятием, в частности бухгалтерией, планированием, доставкой и другими задачами, а не только проектированием и производством, которые охватывались системами , и . часто называют философией бизнеса, а не компьютерной системой.

В результате автоматизированного конструирования выпускается техническая документация, необходимая для технологической подготовки производства, которая содержит чертежи и технические условия (условия сборки, контроля и т. п.). Вместе с тем в производство передается «машинный образ» конструкции, содержащий программы для станков с ЧПУ (числовым программным управлением) для изготовления элементов конструкции.

Таким образом, новая технология проектирования — это система, которая начинается от замысла и кончается выдачей проектной документации или опытного образца.

Необходимо отметить, что широкое применение ЭВМ при изготовлении и испытании изделий приводит со временем к автоматизированному производству, включающему в себя и первые его стадии: автоматизированное проектирование и автоматизированное конструирование.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Заказать работу по технической механике

Проверка патентной чистоты разработок

Проверка патентной чистоты необходима для того, чтобы избежать нарушения прав третьих лиц при производстве и реализации продуктов (изделий) на территории конкретного государства. В процессе проверки патентной чистоты «разработки» выявляются действующие на определенной территории патенты на решения идентичного назначения и устанавливается, подпадает ли Ваше решение под действие какого-либо из этих патентов.

Поиск проводится по охранным документам, действующим на конкретной территории, глубиной 20-25 лет. В силу того, что патентная документация ряда стран недоступна в полном объеме, количество стран, по которым можно провести гарантированную проверку патентной чистоты ограничено.

Для проведения проверки на патентную чистоту необходимо предоставить в распоряжение специалистов насколько возможно подробное описание Вашего решения. При необходимости, в процессе проведения поиска специалисты могут затребовать дополнительную информацию.

Средний срок проведения проверки на патентную чистоту — 1-1,5 месяца. Данный срок может изменяться в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от того, документация какой именно страны исследуется, а также в зависимости от общего количества исследуемых охранных документов по данной тематике.

Необходимость проведения научно-исследовательских работ для определения оптимальных параметров разрабатываемого объекта.

Виды научно-исследовательских работ

Научно-исследовательская разработка — это комплекс теоретических и экспериментальных исследований, проводимых с целью получения исходных данных, изыскания принципов и путей создания или модернизации продукции, если таковых не имеется или они недостаточны непосредственно для успешной разработки изделия. Научные исследования в зависимости от содержания и характера получаемых результатов подразделяются на фундаментальные, поисковые и прикладные.

Целью фундаментальных исследований является открытие новых явлений, закономерностей и принципов, которые могут быть использованы при создании новой техники или технологии. Результаты фундаментальных исследований, как правило, служат основой для проведения поисковых и прикладных исследований при создании новых видов изделий, материалов, средств и способов производства.

Поисковые научные исследования направлены на изучение конкретных проблем, например, возможностей создания новых материалов, техники, технологии, повышения производительности труда и качества продукции и т. п. Результатами поисковых исследований является научно-техническая информация, которая может иметь материально — техническое воплощение. При положительных результатах выводы поисковых работ выдаются в виде отчетов, технической документации, макетов, экспериментальных образцов.

Прикладные научные исследования направлены на создание новых изделий либо на совершенствование существующих, а также на разработку способов их производства, на разработку средств механизации и автоматизации производства, систем и методов контроля за качеством продукции и т. д. Прикладные НИР являются одной из стадий жизненного цикла изделий. Они должны дать ответ на вопросы: Возможно ли создание нового вида продукции? Какими путями? Какие технические характеристики можно реализовать в новом изделии?

Порядок выполнения НИР регламентируется ГОСТ Р 15.101.98 «Порядок выполнения научно-исследовательских работ». Стандарт устанавливает общие требования к организации и выполнению научно-исследовательских работ; порядок выполнения и приемки НИР; этапы выполнения НИР, правила их выполнения и приемки; порядок разработки, согласования и утверждения документов в процессе организации и выполнения НИР; порядок реализации результатов НИР. Стандарт распространяется на прикладные НИР.

Этапы НИР. Основанием для выполнения НИР служит договор с заказчиком или приказ по организации о начале финансирования проекта инициативной НИОКР. Выполнение научно-исследовательских работ может быть предусмотрено и в договоре с заказчиком на выполнение НИОКР изделия. Процесс выполнения НИР в общем случае состоит из следующих этапов:

• Разработка ТЗ на НИР. Включает научное прогнозирование, анализ результатов фундаментальных и поисковых исследований, изучение патентной документации, анализ требований заказчиков. На основе полученной информации составляется аналитический обзор, и выдвигаются гипотезы. Выбираются направления работы и пути реализации требований, которым должно удовлетворять изделие. Определяются необходимые исполнители, подготавливается и выдается техническое задание.
• Выбор направления исследований. Проводится для определения оптимального варианта направления исследований на основе анализа исследуемой и аналогичных проблем и оценки вариантов возможных решений. Включает сбор и изучение научно-технической информации, проведение патентных исследований, выявление возможных направлений решения задач и их сравнительная оценка, выбор и обоснование направления исследований и способов решения задач, прогноз показателей новой продукции и сопоставление с показателями изделий-аналогов, оценку экономической эффективности новой продукции, разработку общей методики проведения исследований.
• Теоретические и экспериментальные исследования. Проводят с целью получения необходимых и достаточных теоретических и экспериментальных результатов исследований для решения поставленных перед НИР задач. Включает разработку рабочих гипотез и построение моделей объекта исследований, выявление необходимости проведения экспериментов для подтверждения отдельных положений теоретических исследований или для получения конкретных значений параметров для проведения расчетов, разработку методики экспериментальных исследований, подготовку моделей (макетов, экспериментальных образцов) и испытательного оборудования, проведение экспериментов и обработку полученных данных, сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями, корректировку теоретических моделей объекта, проведение при необходимости дополнительных экспериментов, проведение технико-экономических исследований. Если частные технические решения имеют новизну, то они оформляются через патентную службу независимо от окончания составления всей технической документации.
• Обобщение и оценка результатов исследований в научно-техническом отчете по НИР, выпуск отчетной научно-технической документации (ОНТД). Дается анализ проведенных исследований с оценкой полноты решения поставленных задач, оценивается эффективность полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем и возможность создания конкурентоспособной продукции. Приводятся выводы о новых принципах построения изделия и подходы к реализации этих принципов, разрабатываются рекомендации по дальнейшим исследованиям и проведению ОКР, составляется проект ТЗ на ОКР.
• Предъявление работы к приемке и ее приемка.

Этап выбора направления исследований имеет решающее значение для выполнения НИР, последующего проведения ОКР и запуска в производство конкурентоспособных изделий с достаточно большим жизненным циклом. Для современной РЭА «достаточно большим» жизненным циклом считается 3-5 лет выпуска приборов до «морального устаревания». Срок эксплуатации аппаратуры может быть и больше, если она мало сказывается на экономической эффективности производства, в котором используется, но для геофизических приборов расширение технических, методических и метрологических возможностей новой аппаратуры, как правило, приводит к достаточно быстрому вытеснению из эксплуатации аппаратуры старых выпусков. С учетом этих факторов большое значение, тем более в условиях открытого рынка продукции, имеют патентные исследования.

Выполнение НИР. Для экспериментальной проверки возможности создания продукции, определения ее технических характеристик, проверки правильности результатов теоретических исследований и выбора оптимального технического и конструкторско — технологического решения в процессе выполнения НИР создают макеты, модели, экспериментальные образцы.

В НИР на РЭА должны быть оценены возможности использования в продукции заимствованных составных частей, блочно-модульного принципа конструирования, использования образца продукции и его составных частей в качестве базовых для создания их модификаций, а также разработаны предложения по созданию параметрических и типоразмерных рядов составных частей, по использованию в конструкции изделия унифицированных конструктивных элементов, комплектующих изделий, материалов и сырья, по применению типовых конструктивно-технологических решений и прогрессивных технологий.

Прорабатываются также вопросы метрологического обеспечения выпуска и эксплуатации изделий в соответствии с требованиями стандартов обеспечения единства измерений.

В процессе НИР и по ее результатам предусматривается разработка проекта технического задания на ОКР, которым устанавливается основное назначение, тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию. Если разработка ТЗ не предусмотрена заданием, то в отчете по НИР должно быть представлено техническое предложение (ТП) — совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки изделия. ТП выполняется на основании анализа различных вариантов возможной реализации изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов. Следует учитывать, что НИР может дать и отрицательный результат, показывающий, что на современном уровне развития науки и техники реализация поставленной задачи в полном ее объеме невозможна или преждевременна. В этом случае в предложении могут быть сформулированы рекомендации по ограничению поставленных задач или проведению дальнейших исследований и их направлениям.

Методы оценки научно-технической результативности НИР

Результатом НИР является достижение научного, научно-технического, экономического и социального эффектов. Научный эффект характеризуется получением принципиально новых научных знаний и ранее неизвестной информации. Научно-технический эффект характеризует возможность использования результатов выполняемых исследований в других НИР и ОКР и для создания новой продукции. Экономический эффект характеризует коммерческий эффект, полученный при использовании результатов прикладных НИР. Социальный эффект проявляется в улучшении условий труда, повышении экономических характеристик.

Для оценки научной и научно-технической результативности НИР целесообразно использовать систему взвешенных балльных коэффициентов.

После завершения НИР, ее результаты и разработанная ОНТД должны быть рассмотрены на научно-техническом совете (НТС) исполнителя НИР с участием заказчика, головного НИИ по виду техники и других заинтересованных организаций. Перед рассмотрением ОНТД может быть направлена на рецензию. Необходимость рецензирования и организация-рецензент устанавливаются в ТЗ или контракте на выполнение НИР.

Приемку НИР осуществляют постоянно действующей или специально создаваемой комиссией. При приемке оценивают научно-технический уровень исследований, обоснованность предлагаемых решений (рекомендаций) по реализации и использованию результатов НИР для создания конкурентоспособной продукции. По результатам приемки НИР комиссия оформляет акт приемки, подписанный председателем и всеми членами комиссии. Акт утверждает руководство исполнителя НИР или заказчика.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Яблонский решебник

Краткие сведения о машиностроительных материалах

Свойства металлов и сплавов

Детали машин изготовляют из металлических и неметаллических материалов.

Выбор материала зависит от назначения детали и способа ее применения. При этом исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные.

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, ударную вязкость, усталостную прочность, ползучесть, твердость и износостойкость. (Эти понятия рассматривались в механике упругих тел.)

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся температура плавления, плотность, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения, электросопротивление и электропроводимость. Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.

К химическим свойствам относятся способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами, а также антикоррозионные свойства.

Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам. К ним относят литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

Заготовка металлической детали может быть получена отливкой, ковкой (свободной и в штампах) и из проката (круглого, листового и профильного). Окончательную форму детали получают чаще всего в процессе механической обработки заготовки на металлорежущих станках.

Технологические свойства часто определяют выбор материала для конструкции. Разрабатываемые материалы могут быть внедрены в производство только в том случае, если их технологические свойства удовлетворяют необходимым требованиям.

К эксплуатационным свойствам в зависимости от условий работы машины или конструкции относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность материала и др. Эти свойства определяются в зависимости от условий работы машин или конструкций специальными испытаниями.

При выборе материала для создания технологической конструкции необходимо комплексно учитывать его прочностные, технологические и эксплуатационные характеристики.

Наиболее распространенные в машиностроении материалы — это сталь различных марок, чугуны и бронза. В последнее время все большее распространение получают неметаллические материалы: пластмассы, древесина, резина, кожа, стекло.

Стали

Сталь — сплав железа с углеродом, содержание которого доходит в конструкционных сталях до 0,8%, а в инструментальных — до 1,4%, а так же с другими естественными или вводимыми с определенной целью легирующими элементами: марганцем, кремнием, хромом и др.

Стали делят по применению:

• конструкционные,
• инструментальные,
• с особыми свойствами (жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, магнитные и др.)

по химическому составу

• углеродистые (низко-, средне-, высокоуглеродистые,),
• легированные (низко-, средне-, высоколегированные);

по качеству

• углеродистые обычного качества,
• углеродистые качественные конструкционные,
• легированные конструкционные,
• низколегированные конструкционные.

Свойства углеродистой стали зависят прежде всего от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем более прочна, тверда и тем менее пластична сталь.

Сталь углеродистая обычного качества подразделяется на две группы и одну подгруппу.

Группа А , поставляемая по механическим свойствам (т.е химический состав не гарантируется), включает в порядке возрастания прочностных характеристик марки Ст.О, Ст.1, Ст.2, …, Ст.7.

Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

Группа Б, поставляемая по химическому составу, в зависимости от способа выплавки — мартеновского или бессемеровского — обозначается, например, М Ст.2, М Ст.5 или Б Ст.З, Б Ст.6.

Подгруппа В, которая поставляется по механическим свойствам с дополнительными требованиями к химическому составу, имеет следующие марки: В Ст.2кп, В Ст.Зкп, В Ст.4кп, В Ст.4, В Ст.5.

Последние две буквы — кп — в некоторых марках этой подгруппы обозначают «кипящую» при выплавке сталь. Она дешевле, но качество ее несколько ниже (главным образом худшая свариваемость).

Сталь углеродистая качественная конструкционная делится на две подгруппы: с нормальным содержанием марганца (марки 05кп, 08кп, Юкп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20, 25, …до 85) и с повышенным содержанием марганца (марки 15Г, 20Г, …, 65Г, 70Г). В обозначении марки качественной стали числа указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь 30 содержит примерно 0,30% углерода).

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием углерода более о,7 % имеют в обозначении букву У и цифру, указывающую содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8, …,У13.

Для улучшения механических свойств и придания повышенной кислотоупорности, жаростойкости, коррозионной стойкости, прокаливаемости сталь легируют, вводя в ее состав специальные добавки: хром, никель, вольфрам и др.

Сталь легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71) по химическому составу и механическим свойствам (в зависимости от содержания серы и фосфора) разделяется на качественную, высококачественную и особовысококачественную.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отображены в обозначении сталей в конце наименования марки: ВД- вакуумно-дуговой переплав, ВИ- вакуумно-индукционная выплавка и др.

Марка указывает состав и процентное содержание легирующих элементов, причем последние обозначаются буквами: X — хром, Н — никель, С — кремний, В — вольфрам, М — молибден, Т — титан, Ф — ванадий, Р — бор, Ю — алюминий. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то , что его содержание менее 1,5 %. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные букву Ш, проставляемую в конце. Например, сталь 12ХНЗ — хромоникелевая сталь, содержащая 0,12% углерода, примерно 1% хрома и 3% никеля.

Механические свойства стальных фасонных отливок и стального проката различны при одном и том же химическом составе. Стальное литье маркируется так: 25JI, 35Л и

В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %, если равно 1% или больше, то цифру не ставят, например: сталь ЗХ2В8Ф содержит 0,3 % С, а сталь ХВГ — больше 1% С.

Механические свойства сталей (особенно усталостная прочность) повышаются при объемной и поверхностной термической или химико-термической обработке.

Виды термической обработки сталей

Отжиг — нагрев стали до температур 775 — 975°С с последующим медленным (с печью) охлаждением. Отжиг уменьшает неоднородность структуры стали, повышает ее пластичность, вязкость, уменьшает твердость и улучшает обрабатываемость резанием.

Нормализация — нагрев стали до температур 775 — 975°С с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивает однородную мелкозернистую структуру, повышенную прочность, пластичность.

Закалка — быстрое охлаждение (в воде, масле) стали, нагретой до температур 775 — 975°С. Закалка повышает твердость и прочность стали, однако она становится хрупкой и плохо поддается обработке резанием.

Отпуск — нагрев закаленной детали до температур 100 — 400°С. Уменьшает внутреннее напряжение и твердость стали после закалки, повышает пластичность закаленной стали.

Для упрочнения поверхностного слоя стали применяют химико-термическую обработку: цементацию, азотирование, никелирование, цианирование и др.

Цементация — насыщение поверхностного слоя низкоуглеродистых (незакаливаемых) сталей углеродом на глубину до 2,2 мм. После закалки поверхностный слой цементированных деталей приобретает высокую твердость.

Азотирование — насыщение поверхностного слоя (на глубину до 0,1 — 0,3 мм) азотом для повышения твердости и износостойкости деталей.

Цементация (с последующей закалкой) и азотирование повышает прочность деталей, работающих при переменных напряжениях, на 20 — 30%. Этой же цели служат различные способы механического упрочнения поверхности: обкатка деталей роликами и обдувка их стальной дробью.

Чугуны

Чугунами называют железо-углеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % С. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплаве различают:

• серые чугуны, содержащие до 3,6% углерода и отличающиеся тем, что большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;
• белые чугуны, содержащие до 4% углерода, находящегося только в состоянии химического соединения с железом — цементита;
• ковкие чугуны — отожженные белые чугуны, отличающиеся отсутствием цементита и наличием свободного графита в виде сфероидальных зерен. Название этих чугунов отнюдь не означает их способность подвергаться пластической деформации при ковке.

Основным литейным материалом является серый чугун (ГОСТ 1412-85), которые обозначают индексами СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Цифра в обозначении указывает предел прочности при растяжении () в 0,1 МПа.

Серые чугуны характерны хорошими литейными свойствами, средней прочностью (высокой при сжатии и значительно меньшей при растяжении), малой пластичностью и ударной вязкостью, удовлетворительной износостойкостью, хорошей обрабатываемостью. Серый чугун — общепринятый материал для изготовления базовых и корпусных деталей: оснований, станин, корпусов редукторов, а также шкивов, тихоходных зубчатых и червячных колес. Для этих деталей применяют чугуны марок СЧ 15, СЧ20.

Для литых деталей, от которых требуется повышенная прочность, применяется высокопрочный чугун (ГОСТ 7293-85), т.е. чугун, обрабатываемый в расплавленном виде присадками магния, чем достигается сфероидальная форма графита. Такие чугуны обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в десять раз значение его временного сопротивления, например ВЧ 35, ВЧ 45, …ВЧ 100.

Достижению высокой прочности способствует также модифицирование чугуна, т.е. введение в него графитизирующих присадок (например, ферросилиция). Модифицирование улучшает вместе с тем линейные свойства чугуна, что важно при изготовлении деталей сложной формы. По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное место между серыми и высокопрочными чугунами. Они прочнее серых чугунов и отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.

Отливки из белого чугуна имеют высокую твердость и хрупкость (и соответственно плохую обрабатываемость), поэтому для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны — отливки из серого чугуна со слоем белого в виде твердой корки, так как они имеют высокую стойкость против износа. Из них изготавливают прокатные валки, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

Ковкий чугун обладает более высокой, чем серый и белый чугуны, пластичностью и применяется в качестве материала для литых деталей, подвергающихся ударным нагрузкам. Пример обозначения ковкого чугуна: КЧ 33-8; чугун этой марки имеет предел прочности на растяжение 33-0,1 МПа и относительное остаточное удлинение при разрыве 8%.

Цветные металлы и их сплавы

Медь — тяжелый цветной металл, обладающий высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, малым удельным электросопротивлением, высокой теплопроводностью, поэтому ее широко используют для изготовления электропроводов, деталей электрических машин и приборов, в химическом машиностроении.

Сплавы на медной основе. К этим сплавам относят бронзы — сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, применяемые для изготовления деталей, работающих на истирание, и обладающие антифрикционными свойствами, и латуни — сплавы меди с цинком.

Отметим, что антифрикционными называют материалы, обладающие низким коэффициентом трения при скольжении по сопряженной детали из другого материала и высокой износостойкостью. Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы, например Бр.ОФ 10-1. Однако их дефицитность и относительно высокая стоимость явились причиной создания оловянно-свинцовых и безоловянных бронз, например марок Бр. ОЦС 5-5-5, Бр.АЖ 9-4, Бр.АЖМц 9-4-3 и др. Буквы в этих марках бронзы обозначают: А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, Н-никель, О — олово, С — свинец, Ц — цинк и др., а цифры — процентное содержание соответствующего компонента.

Бронзы служат для изготовления подшипников, гаек, венцов червячных колес и других деталей, работающих в трущихся парах.

Латуни отличаются сопротивляемостью коррозии, электропроводностью, хорошими линейными качествами и обрабатываемостью давлением и резанием. Применяют латуни для изготовления арматуры, в электроприборах и машинах, для проволочных сеток фильтров и т.д.

В подшипниках скольжения в качестве антифрикционного материала используют сплав олова (до 83%), сурьмы и меди, называемый баббитом. Баббит очень хорошо прирабатывается к парной детали, допускает работу с большими скоростями и давлениями. Баббит очень дорог и его применяют только для подшипников мощных и ответственных машин.

Сплавы легких металлов. К ним относятся сплавы алюминия с различными материалами: силумин (сплав с кремнием, содержащий до 14% кремния), дюралюминий (сплав с медью) и сплавы магния с алюминием, медью, никелем, кремнием, цинком и т.д. Они хорошо заполняют форму, имеют малый удельный вес, легко обрабатываются.

Алюминиевые и магниевые сплавы разделяют на деформируемые (хорошо обрабатываемые ковкой, штамповкой, прокаткой) и литейные (применяемые для изготовления деталей машин и приборов литьем). В зависимости от состава сплавы обладают различными свойствами: пластичностью, жаропрочностью и др.

Легкие сплавы применяют для изготовления быстроходных частей машин, корпусных деталей самолетов и автомобилей, блоков цилиндров двигателей, крышек и кожухов.

Титан — тугоплавкий металл, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Удельная прочность титана выше чем у многих легированных конструкционных сталей. Поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшать массу детали на 40%. Однако титан имеет низкую жаростойкость, так как при температуре выше 500-600°С легко окисляется и поглощает водород. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него изготавливают сложные отливки, но обработка его резанием затруднительна.

Для получения сплавов с заданными свойствами титан легируют алюминием, молибденом и др., а для получения требуемых механических свойств титановые сплавы подвергают термической обработке в печах с защитной атмосферой. Титан и его сплавы используют для изготовления деталей самолетов, в химическом машиностроении, судостроении и других областях машиностроения.

Развитие всех отраслей промышленности, а также задача повышения качества выпускаемых изделий потребовали создания новых конструкционных материалов, объединяющих различные ценные свойства отдельных материалов, что привело к созданию композиционных материалов (КМ).

Композиционные материалы

Композиционные материалы (композиция) — это объемное сочетание двух или более химически разнородных материалов с четкой границей раздела между компонентами, характеризуемая свойствами, которых не имеет никакой из ее компонентов в отдельности. Композицию получают путем введения в основной материал (матрицу) определенного количества другого материала, который добавляется в целях получения специальных свойств. Размеры частиц входящих компонентов могут колебаться в широких пределах — от сотых долей микрометра (для порошковых наполнителей) до нескольких миллиметров (при использовании волокнистых наполнителей). Отличие большинства КМ от традиционных материалов в том, что процесс получения КМ технологически совмещается с процессом изготовления изделия.

Все КМ условно классифицируют по следующим признакам:

в зависимости от материала матрицы

• металлические КМ (МКМ);
• полимерные КМ (ПКМ) — обычно имеют названия в зависимости от армирующего материала, например, стеклопластики, металлопластики и т.д.;
• резиновые КМ (РКМ);
• керамические (ККМ);

по типу арматуры и ее ориентации

• изотропные КМ — имеют одинаковые свойства во всех направлениях, например, КМ с порошкообразными наполнителями;
• анизотропные — свойства зависят от армирующего материала.

По способу получения полимерные и резиновые КМ разделяют на литейные и прессованные. Металлические КМ аналогично делят на литейные и деформируемые. Литейные получают путем пропитки арматуры расплавленным матричным материалом (сплавом). Для получения деформируемых МКМ применяют спекание, прессование, штамповку, ковку на молотах и др.

По назначению КМ разделяют на общеконструкционные, термостойкие, пористые, фрикционные и антифрикционные и т.д.

Для армирования КМ с металлической матрицей используют освоенные промышленностью высокопрочные волокна

• углерода и бора — для армирования легких сплавов на основе алюминия и магния (изделия из этих КМ характеризуются высокими прочностью и жесткостью и могут длительно эксплуатироваться при температурах 300-450 °С);

• карбида кремния и вольфрама — для армирования жаропрочных КМ на основе никелевохромистовых сплавов с рабочими температурами 1 Ю0..1300°С;

• проволоку из стальных, вольфрамовых, и молибденовых сплавов — для армирования высокопрочных КМ.

В качестве материалов матриц при изготовлении МКМ применяют легкие металлы и сплавы на основе алюминия и магния; жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе железа, никеля и кобальта; тугоплавкие сплавы на основе вольфрама, молибдена и ниобия; и др. материалы.

Композиционные порошковые материалы. Порошковая металлургия — отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них. Технологический процесс сводится к формированию порошковых или волокнистых компонентов в заготовки, которые подвергают термической обработке — спеканию.

Порошковой металлургией получают материалы со специальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами (табл. 1).

Таблица 1 Классификация композиционных порошковых материалов

Использование в качестве исходного сырья отходов (стружки, обрезков, окалины и т.д.) повышает экономическую эффективность и снижает себестоимость выпускаемых деталей. Конкурентоспособность порошковой металлургии по сравнению с традиционными способами получения заготовок литьем из металла также объясняется возможностью:

• • получения материала из руды, минуя стадию металлургии;
• • практического отсутствия необходимости дальнейшей механической обработки получаемых заготовок;
• (и тем самым)
• • снижении трудоемкости и себестоимости их изготовления,
• • увеличения коэффициента использования материала;
• • высокого уровня механизации и автоматизации всех технологических операций.

Пластические массы (пластмассы) получают на основе синтетических или реже -природных смол. В зависимости от числа компонентов все пластмассы делят на простые и композиционные. Простые (полиэтилен, полистирол и т.д.) состоят из одного компонента — синтетической смолы, композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) — из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль. Пластмассы могут содержать различные наполнители: ткань, бумагу, древесную пресскрошку, древесный шпон, текстильные или стеклянные волокна. В композиционных пластмассах смола является связующим для других составляющих. Свойства связующего во многом определяют физико-механические и технологические свойства ПКМ.

Название пластмасс эти материалы получили в связи с тем, что в определенной фазе изготовления они находятся в состоянии пластичности. Это позволяет получать изделия из пластмасс любой желаемой формы.

Пластмассы разделяют:

• термопластичные (пластичные при высокой температуре и допускающие многократное формование) К термореактивным пластмассам относят фенопласты, аминопласты, текстолиты.
• термореактивные (размягчающиеся влиянием высокой температуры, формуемые и становящиеся неплавкими при затвердевании). К термопластичным пластмассам — полистирол, полиамиды, полиэтилен.
• термостабильные пластмассы (фторопласты, полиэфирные смолы), которые при нагревании не размягчаются и мало изменяют свои физические свойства.

Изделия из пластмасс изготовляют прессованием, литьем под давлением, простым литьем, пневмовакуум-формованием, экструзией (выдавливанием посредством шнекового винта) и т.д.

Пластмассы имеют малый удельный вес, обладают тепло- и электроизоляционными свойствами, антикоррозионны.

Рассмотрим наиболее распространенные в машиностроении пластмассы.

Текстолит — слоистая пластмасса с тканевым (бязь, миткаль) наполнением. Высокопрочен и износостоек. Применяется для изготовления зубчатых колес, направляющих, шкивов, вкладышей подшипников.

Древеснослоистый пластик (ДСП) состоит из березового шпона, пропитанного смолой и обработанного давлением при соответствующем нагреве. Успешно заменяет вкладыши крупногабаритных подшипников из цветных металлов, обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Широко применяется для изготовления зубчатых колес (ДСПГ).

Цельнопрессованный древесный пластик состоит из измельченных древесных отходов (стружка, опилки), пропитанных смолой (пресскрошка) и подвергнутых термической обработке и давлению. Обладает высокой износостойкостью, прочностью, высокой химической стойкостью. Применяется главным образом в качестве подшипникового материала и в других деталях машин взамен цветных металлов, а также для изготовления транспортерных роликов, труб, поручней, наличников.

Стеклопластики — пластические массы, связующим веществом которых служат синтетические смолы, а наполнителем — стеклянное волокно (стеклотекстолиты, стекловолокниты). Некоторые стеклопластики используют для изготовления корпусов мелких судов (шлюпок, яхт), кузовов автомобилей.

Фторопласты — полимеры этилена. Малопрочны, но обладают повышенной химической стойкостью, повышенной термостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, малым коэффициентом трения покоя. Применяется для облицовки трущихся поверхностей.

Полиэтилен (высокого и низкого давления) используется для изготовления большого ассортимента труб. В качестве материала для труб применяют также винипласт, обладающий высокой химической стойкостью.

Широко используют в настоящее время различные синтетические клеи, при помощи которых удается получить высокопрочные соединения деталей.

Резиновые технические материалы. В производстве резиновых технических изделий основным видом сырья являются натуральные и синтетические каучуки. Натуральные каучуки не нашли широкого применения , так как сырьем для их получения является каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков является нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Его превращают в резину вулканизацией, чаще всего при помощи серы, количество которой и определяет эластичность резиновых деталей. Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резиновых технических деталей и снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты: сажу, тальк, мел; хлопчатобумажные, шелковые и др. ткани. В некоторых случаях для повышения прочности деталей их армируют стальной проволокой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью.

Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стойкость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и другие свойства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали: ремни, шланги, сальники, манжеты, прокладочные кольца, уплотнители, амортизаторы, транспортерные ленты и т. д.

Передачи движения

Передача энергии от одной машины к другой (например, от машины-двигателя к машине-орудию) или внутри машины от одного звена к другому производится процессе передачи движения с помощью различных передаточных механизмов или передач.

Наиболее распространены передачи вращательного движения. Это связанно с таким преимуществом вращательного движения, как возможность обеспечения его непрерывности и равномерности. Другие виды движения, например, возвратно-поступательное, характеризуется наличием потерь времени (и, следовательно, производительности) на холостые ходы (рабочий ход — ход вперед, холостой — ход назад), остановками в момент изменения направления движения, большими динамическими нагрузками, связанными с постоянными изменениями величины и направления скорости. Это обстоятельство ограничивает возможность увеличения рабочих скоростей машин.

Передаточные механизмы вращательного движения наиболее просты и компактны.

Скорости движения рабочих машин определяются условиями выполняемой ими работы. Например, угловая скорость вращения шпинделя токарного станка обусловлена материалом и диаметром обтачиваемой заготовки, а также свойствами режущего инструмента. Поэтому передаточные механизмы осуществляют передачу движения с определенными, заранее заданным соотношением скоростей.

Нецелесообразность, а иногда и невозможность непосредственного соединения выходного вала двигателя с входным валом машины-орудия без промежуточных передаточных механизмов объясняется:

• несовпадением их скоростей (двигатели обычно имеют высокие угловые скорости, что позволяет их сделать компактными и легкими, в рабочих же органах машин-орудий часто требуется большой момент при относительно малых скоростях);
• необходимостью в большинстве случаев изменять скорость машины, тогда как вал двигателя вращается с постоянной угловой скоростью;
• необходимостью преобразования равномерного вращательного движения, получаемого от двигателя, в другие виды движения — возвратно-поступательное, качательное, винтовое и т.п., которые должны иметь рабочие органы машин-орудий;
• необходимостью в ряде случаев приводить в движение несколько машин одним двигателем.

В современных машинах применяют механические, гидравлические, пневматические и электрические передачи. Рассмотрим только механические передачи.

Механические передачи классифицируют по различным признакам:

а) по принципу передачи движения:

• передачи трением (фрикционные, ременные, канатные);
• передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые);

б) по относительному положению звеньев:

• передачи с непосредственным касанием ведущего и ведомого звеньев,
• (фрикционные, зубчатые, червячные, винтовые);
• передачи с промежуточным звеном, связывающим ведущее и ведомое звенья (ременная, канатная, цепная).

Вал и закрепленные на нем звенья передачи (колеса или шкивы), передающие вращение, называются ведущими, а звенья, получающие движение от ведущих, называются ведомыми.

Отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала называется передаточным числом и обозначается буквой

где — угловая скорость ведущего звена; — угловая скорость ведомого звена.

Таким образом, при уменьшении частоты вращения в передаче , а при увеличении .

Каждая из передач — ременная, фрикционная, зубчатая, червячная, цепная и др. -имеет свои характерные особенности и область применения. Выбор передачи определяется значениями передаваемой мощности, частоты вращения, окружной и угловой скоростями, передаточным числом, к.п.д. и расстоянием между осями сопрягаемых валов машины. Важную роль играют габариты и вес передаточного механизма, стоимость его изготовления и расходы на эксплуатацию. Основные характеристики некоторых типов передач даны в таблице 2.

Фрикционнные передачи

Фрикционная передача состоит из двух гладких катков — ведущего 1 и ведомого 2. Катки прижаты один к другому. Поэтому при вращении ведущего катка между ним и ведущим катком возникает сила трения, заставляющая ведомый каток вращаться.

Достоинства фрикционных передач:

• простота конструкции;

• плавность, бесшумность работы (при условии незначительного износа рабочих тел — катков);

• возможность осуществления передач с плавным (бесступенчатым) изменением передаточного числа;

• возможность проскальзывания фрикционных катков при перегрузках, что предохраняет детали приводимого в движение механизма от поломок.

Недостатки фрикционных передач:

• ограниченная величина передаваемой мощности (для цилиндрической фрикционной передачи обычно до 10 кВт);

• большая нагрузка на валы и опоры валов;

• непостоянство передаточного числа из-за переменной величины взаимного проскальзывания катков, интенсивность которого зависит от нагрузки передачи;

• повышенный износ катков, вследствие которого передача начинает работать со значительным шумом;

• сравнительно низкий коэффициент полезного действия (для передач обычного типа ).

В некоторых типах фрикционных передач можно плавно изменять величину передаточного отношения, такие передачи называются вариаторами. Диск (рис.), вращаясь вокруг своей оси и находясь в силовом замыкании с диском , приводит его во вращение. При перемещении диска вдоль его оси вращения изменяется расстояние между ним и осью и в результате меняется величина передаточного отношения.

В самом деле, окружная скорость точки диска

Окружная скорость точки диска

Пренебрегая скольжением, имеем

или

откуда

Если диск переместить за ось (в положение, изображенное штриховой линией), то ведомый диск будет вращаться в противоположную сторону.

Фрикционные передачи с постоянными передаточными числами применяют преимущественно в приборах. Фрикционные вариаторы получили широкое распространение в станках, кузнечно-прессовом оборудовании и т.п.

Материалы фрикционных катков должны иметь следующие характеристики:

• износостойкость и поверхностную прочность;
• возможно больший коэффициент трения (чем больше коэффициент трения, тем меньше требуемая сила прижатия).

Материалы, применяемые для изготовления катков:

1. Закаленная сталь по закаленной стали.
2. Сталь (чугун) по пластмассе (текстолиту, фибре).
3. Чугун по чугуну (или стали).

В настоящее время сравнительно редко применяют (для одного из катков) кожу, дерево, резину вследствие их малой прочности.

Ременная передача

Передачу вращательного движения с одного вала на другой при значительных

расстояниях между ними можно осуществить гибкой связью, используя силы трения между поверхностью шкива и гибким телом. Гибкой связью служат ремни и канаты. Наиболее распространенный вид передач этого типа — ременные. В зависимости от формы поперечного сечения ремня (рис.) плоскоременную, круглоременную передачи.

Ременная передача состоит из двух колес (ведущего и ведомого), называемых шкивами, и бесконечного ремня, охватывающего их. Вращающийся ведущий шкив благодаря силе трения увлекает за собой ремень, который по той же причине заставляет вращаться ведомый шкив. Сила трения на поверхностях соприкосновения шкивов и ремня возникает при соответствующем прижатии ремня к ободам шкивов, т. е. при наличии натяжения ремня.

Плоские ремни позволяют осуществить передачи с большими межцентровыми расстояниями (до 15 м, а в исключительных случаях даже больше).

К достоинствам плоскоременной передачи относятся:

• простота и низкая стоимость конструкции;
• плавность хода, способность смягчать удары (благодаря эластичности ремня) и предохранять приводимые в движение механизмы от поломок при внезапных перегрузках (за счет пробуксовывания ремня);
• возможность передачи мощности при значительных расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;
• бесшумность работы (по сравнению с зубчатой передачей); простота ухода и обслуживания;
• возможность различных вариантов взаимного расположения валов в пространстве.

Недостатки передачи:

• непостоянство передаточного числа;
• сравнительно большие габариты;
• вытягивание ремня, что вызывает необходимость его перешивки при постоянном межцентровом расстоянии или применения натяжного приспособления. Плоские ремни делают кожаными, хлопчатобумажными ткаными, прорезиненными, шерстяными, шелковыми и из синтетического волокна, а клиновые — кордтканевыми и кордшнуровыми.

Передачи клиновыми ремнями имеют следующие преимущества по сравнению с плоскоременными:

• возможность осуществлять более высокие передаточные отношения (до 7 и даже до 10);
• способность работать при малых межцентровых расстояниях;
• надежность работать при любом расположении передачи вплоть до вертикального;
• компактность передачи и др.

Но при этом и недостатки по сравнению с ней:

• клиновые ремни менее долговечны, чем плоскоременные;
• конструкции шкивов для клиновых ремней сложнее, чем для плоских;
• клиноременные передачи могут применяться в меньшем диапазоне мощностей, чем плоскоременные.

Цепные передачи

Цепная передача относится к числу передач с промежуточным звеном (гибкой связью), которым в данном случае является цепь.

Цепная передача (рис.) состоит из бесконечной цепи, охватывающей две или более звездочки — колеса с зубьями специального профиля. Она служит для передачи движения только между параллельными валами. В отличие от ременной, цепная передача работает без проскальзывания, подобно зубчатой.

Основные достоинства цепной передачи:

• компактность (по сравнению с плоскоременной);
• меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;
• возможность передачи движения на значительные расстояния (до 5-8м)
• возможность передачи движения одной цепью нескольким валам;
• сравнительно высокий к. п. д. (до 0,98).

Роликовая цепь. Состоит из звеньев, образованных поочередно либо из внутренних пластин 3, запрессованных на втулке 4, либо из наружных пластин 1, запрессованных на оси 2. Втулки внутреннего звена надеты на оси соседних наружных звеньев и образуют шарниры. На втулках свободно насажены ролики 5, катящиеся в процессе зацепления по зубьям звездочки.

Недостатки цепной передачи:

-увеличение шага цепи (цепь вытягивается) вследствие износа шарниров, что требует применения натяжных устройств;

-более сложный по сравнению с ременными передачами уход (смазка, регулировка, устранение перекоса валов и ремонт передачи); -некоторая шумность в работе;

-большая сложность по сравнению с ременной передачей. Цепные передачи широко применяют в станках для

обработки металла и древесины, в транспортных устройствах и др. Современные цепные передачи используются для передаточных чисел , при скоростях цепи до 25 м/с и для передачи мощности до 150 кВт (в отдельных случаях до 3000 кВт).

Цепные передачи, как и зубчатые, бывают открытыми и закрытыми.

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи — наиболее распространенный тип передач в современном машино- и приборостроении. В простейшем случае зубчатая передача состоит из двух колес, на поверхности которых имеются зубья.

Помимо главной области применения — передачи вращательного движения -зубчатая передача используется и для преобразования вращательного движения в поступательное (передача зубчатое колесо — зубчатая рейка).

В зависимости от относительного положения геометрических осей ведущего и ведомого валов различают:

• зубчатые передачи цилиндрическими колесами (рис., а-г), применяемые при параллельных осях валов;

• зубчатые передачи коническими колесами (рис., д, е),применяемые при пересекающихся осях валов;

По расположению зубьев относительно образующей колеса различают зубчатые колеса:

• прямозубые (рис., а, г, д, з);

• косозубые (рис., б, ж);

• шевронные (рис., в);

• с криволинейным зубом (рис. 29, е).

Цилиндрические колеса могут быть с внешним (см. рис., а, б, в) и с внутренним (см. рис., г) зацеплением.

Основные достоинства зубчатых передач:

• высокий к.п.д.;

• компактность по сравнению с передачами, в которых используется сила трения;

• надежность работы;

• простота эксплуатации;

• постоянство передаточного числа;

• большой диапазон передаваемых мощностей (от тысячных долей до десятков тысяч кВт).

Основные недостатки зубчатых передач:

• сравнительная сложность изготовления (необходимость в специальном оборудовании и инструменте);

• шум вследствие неточного изготовления (или в результате повышенного износа) при высоких скоростях;

• громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов.

Разнообразие областей применения и условий эксплуатации предопределило создание зубчатых передач, различных по форме элементов.

Передаточное число зубчатой передачи можно выразить как отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего.

Материалы для изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к габаритам и весу передачи, от принятой точности, способа изготовления и от окружной скорости. В основном используют термически обрабатываемые стали, реже чугун.

Передача винт-гайка

Винтом называется цилиндрический стержень, на поверхности которого имеется винтовая канавка (или канавки) того или иного профиля.

Гайкой называется деталь с цилиндрическим отверстием, на стенках которого также образована винтовая канавка. Эти две детали сопрягаются по винтовым поверхностям.

Детали этой группы — винты и гайки -используются как резьбовые соединения для скрепления других деталей и как средства передачи движения.

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения одного из элементов пары в поступательное перемещение также одного из них. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из указанных движений, либо оба движения.

Достоинства винтовых передач: простота получения медленного поступательного движения и большого выигрыша в силе, плавность и бесшумность, способность воспринимать большие нагрузки, возможность осуществления точных перемещений, простота устройства.

Недостатки винтовых передач: большие потери на трение и сравнительно низкий к. п. д., что, вообще говоря, справедливо только для обычных винтовых передач (с трением скольжения).

Червячные передачи

В современном машино- и приборостроении сравнительно широко распространены червячные передачи, применяемые для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

Внешний вид червячной передачи показан на рис. Червяк, насаженный на вал или изготовленный заодно с валом и представляющий собой винт, вращает червячное колесо, расположенное на другом валу. Червячная передача относится к числу так называемых зубчато-винтовых передач, т. е. имеющих черты зубчатых винтовых передач. Передаточное число зубчатой передачи можно выразить как отношение числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка.

Червячные передачи различают по числу заходов червяка — одно-, двух-, трех-, многозаходные; по расположению червяка — с верхним, нижним и боковым расположением.

Наибольшее распространение имеют червячные передачи с цилиндрическим червяком (рис.).

Основные достоинства червячной передачи, обусловившие ее широкое распространение в различных отраслях машиностроения.

1. Плавность и бесшумность работы.
2. Возможность получения больших передаточных чисел при сравнительно небольших габаритах передачи. Червячные передачи применяют при передаточных числах от до . Диапазон передаточных чисел в силовых передачах (в редких случаях до 120).
3. Компактность. Как было показано выше, передаточное число червячной передачи . Таким образом, передаточное число можно получить при однозаходном червяке и колесе с (для получения такого же передаточного числа потребовалась бы трех ступенчатая зубчатая передача). Из этого примера видно, что червячная передача с большим передаточным числом значительно компактнее соответствующей зубчатой передачи.

1. Возможность выполнения передачи, обладающей свойством самоторможения. Это свойство заключается в том, что движение может передаваться только от червяка к червячному колесу, что очень важно в грузоподъемных устройствах, так как позволяет обходиться без тормоза при выключении приводного двигателя. Груз останется при этом висеть на тросе, намотанном на барабан, скрепленный с червячным колесом.

Недостатки червячной передачи:

1. Сравнительно невысокий к. п. д. У червячной передачи к. п. д. значительно ниже, чем у зубчатой пары, вследствие больших потерь на относительное скольжение под нагрузкой сопряженных профилей червяка и колеса. В передачах с многозаходными червяками при тщательном изготовлении удается достигнуть .
2. Сильный нагрев передачи вследствие перехода потерь на трение в тепловую энергию. Для уменьшения нагрева в червячной передаче применяют масляные резервуары с ребристыми стенками (у них более интенсивная теплоотдача в окружающий воздух), а также обдув корпуса и другие способы.
3. Значительно меньшие, чем в зубчатых передачах, передаваемые мощности (обычно не выше 100 кВт)

Редуктор

Обширный класс машин составляют производственные машины, которые преобразуют механическую работу, получаемую от двигателя, в работу, связанную с выполнением определенных технологических процессов. К ним, в частности, относятся машины по обработке металлов, древесины, почвы и др.

По условиям заданного технологического процесса рабочие органы производственных машин должны двигаться с определенными оптимальными скоростями. Поэтому машина-двигатель должна передавать производственной машине требуемое количество механической энергии при определенных значениях вращающего момента и угловой скорости.

Машины-двигатели, в первую очередь электрические двигатели, обычно имеют большие угловые скорости, что обеспечивает их компактность. Известно, что с возрастанием угловой скорости при заданной мощности вращающий момент уменьшается, уменьшаются и определяемые расчетом размеры деталей двигателя.

В большинстве случаев в производственных машинах необходим большой вращающий момент при угловой скорости, меньшей, чем у двигателя (в отдельных сравнительно редких случаях бывает наоборот).

Для передачи движения от двигателя к производственной машине и изменения при этом угловой скорости и вращающего момента служат различные передаточные механизмы. Зубчатый, или червячный, передаточный механизм, предназначенный для уменьшения угловых скоростей и представляющий систему зубчатых колес в отдельном закрытом корпусе, непроницаемом для масла и пыли и одновременно являющемся масляной ванной для механизма, называется редуктором.

Размещение опор валов редуктора в одном общем жестком корпусе обеспечивает постоянство относительного расположения осей валов, а это позволяет применять широкие зубчатые колеса с малым модулем. Применение малых модулей в свою очередь приводит к увеличению точности и уменьшению шума при работе передачи, к снижению стоимости ее изготовления. Обильная смазка способствует малому износу и повышает к. п. д. редукторной передачи. Наличие корпуса обеспечивает безопасность работы редукторов. Этими достоинствами редукторов объясняется их широкое применение в современном машиностроении и вытеснение ими открытых передач.

Редуктор может быть встроен в двигатель или производственную машину и может быть самостоятельным устройством.

Момент от двигателя передается на входной (ведущий) вал редуктора через соединительную муфту, а в некоторых сравнительно редких случаях — через ременную или цепную передачу.

Момент от выходного (ведомого) вала редуктора передается на вал производственной машины через соединительную муфту или открытую передачу, цепную или зубчатую.

В современном машиностроении существует большое разнообразие кинематических схем редукторов, их форм и конструкций.

По виду звеньев передачи редукторы делятся на цилиндрические (оси ведущего и ведомого валов параллельны), конические (оси валов пересекаются), червячные (оси валов перекрещиваются в пространстве). Встречаются и комбинированные редукторы, представляющие сочетание зубчатых (цилиндрических и конических) и червячных передач.

По числу пар передач редукторы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые. Ниже рассматриваются некоторые из основных схем редукторов.

Детали, обслуживающие передачи

Детали, на которые насажены вращающиеся части машин — детали собственно передач (шкивы, зубчатые колеса)— называют осями и валами. Оси и валы различаются между собой по условиям работы. Оси, несущие на себе вращающиеся части, не передают моментов и подвергаются только изгибу; валы, являясь, как и оси, поддерживающими деталями, передают момент и работают кроме изгиба еще и на кручение.

Поддерживая детали передач, оси и валы в свою очередь сами опираются на неподвижные опорные части — подшипники и подпятники.

Участки осей и валов, непосредственно соприкасающиеся с опорами, называют цапфами. Концевые, цапфы именуют шипами (1), а промежуточные — шейками (2).

По конструкции оси можно разделить на две основные группы:

• оси, вращающиеся в опорах вместе с насаженными на них деталями (рис. а);
• неподвижные оси, служащие опорами для вращающихся на них деталей (рис., б).

По конструкции валы делятся на сплошные и полые, с прямой осью (рис.) и коленчатые.

Оси и валы конструируют обычно в виде брусьев, состоящих из ряда цилиндрических участков различных диаметров.

Ось или вал соединяют с деталями передач, насаживаемыми на них, шпонками, шлицами и т. п. С этой целью на валу делают шпоночные канавки или шлицы. Насаживаемые на вал детали удерживаются от сдвига в осевом направлении с помощью специальных установочных колец, распорных втулок, а также благодаря наличию на валах буртиков или уступов.

Для удобства сборки и для фиксации в осевом направлении насаженных деталей валы приходится делать ступенчатыми.

Подшипники

Подшипники предназначены для поддержания вращающихся осей и валов вместе с посаженными на них деталями, для обеспечения свободного вращения осей и валов, восприятия и передачи на корпус (станину, фундамент) сил, действующих на опоры со стороны вала (оси).

По роду трения между валом (осью) и опорами подшипники разделяются на подшипники скольжения и подшипники качения (шариковые и роликовые). В подшипниках, скольжения поверхность цапфы вала (оси) скользит по поверхности подшипника.

Так как при этом возникают силы трения, ведущие к износу цапфы и подшипника, между трущимися поверхностями обязательно вводят слой смазки, назначением которого является уменьшение потерь на трение и снижение износа.

Подшипник скольжения состоит из двух основных элементов: корпуса и вкладыша. Вкладышем называют сравнительно тонкую втулку, непосредственно охватывающую цапфу вала. Вкладыш отделяют от корпуса с целью выполнения из более качественного и дорогого антифрикционного материала, а также для облегчения его замены при износе. К преимуществам таких подшипников следует отнести: небольшие габариты в радиальном направлении, сохранение работоспособности в условиях химически агрессивных сред и загрязненной смазки, бесшумность, способность гасить (демпфировать) колебания. Недостатки — большие потери на трение, значительные габариты в осевом направлении, сравнительная сложность конструкции, необходимость подвода смазки в относительно большом количестве, применение дефицитных антифрикционных металлов (бронзы, баббита).

Подшипники скольжения применяются в современном машиностроении значительно реже подшипников качения. Однако в ряде областей подшипники скольжения предпочтительны — например, для опор особо тяжелых валов, деталей, подвергающихся ударной или вибрационной нагрузке, для коленчатых валов (где необходимы разъемные подшипники) и т. п.

Опоры качения, где трение скольжения заменено трением качения, лишены недостатков, присущих опорам скольжения. Основные достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

• меньшие моменты сил трения (в том числе пусковые моменты);
• менее сложный уход;
• меньший расход смазочных материалов;
• высокая степень стандартизации, централизованное массовое производство, низкая стоимость.

Недостатки: большие радиальные размеры, меньшая демпфирующая способность, ограниченная возможность работы при больших угловых скоростях и тяжелых нагрузках.

Подшипники качения состоят из двух колец: внутреннего 1 и наружного 2 (внутреннее кольцо насаживают на вал, а наружное устанавливают в корпусе), тел качения — шариков 3 или роликов, катящихся по беговым дорожкам колец на некотором расстоянии один от другого, и сепаратора 4 — специальной детали, удерживающей тела качения на постоянных расстояниях одно от другого. Тела качения и кольца изготовляют из высокопрочной закаленной стали. В качестве тел качения применяют шарики, ролики цилиндрические короткие, длинные, витые, игольчатые, конические, бочкообразные. Существует большое разнообразие подшипников в зависимости от воспринимаемой нагрузки, габаритов. По числу рядов тел качения различают однорядные и двухрядные подшипники.

Муфты

Муфтами называют устройства, служащие для соединения валов между собой или с деталями, свободно насаженными на валы (зубчатые колеса, шкивы), с целью передачи вращающего момента. Соединение бывает постоянным, при котором разъединение возможно только при разборке с остановкой машины, или производимым в процессе работы с целью включения и выключения вращения ведомого вала при непрерывном вращении ведущего. В соответствии с этим муфты делятся на постоянные и сцепные.

Постоянные муфты:

• глухие, требующие строгой соосности соединяемых валов (рис., а);
• компенсирующие, допускающие смещение центров, взаимный перекос осей, осевое перемещение вследствие температурных изменений длины соединяемых валов (рис., б, в).

Компенсирующие муфты в свою очередь подразделяются на жесткие, т. е. не имеющие эластичных элементов и передающие вместе с моментом возможные толчки и удары, и упругие, смягчающие толчки и удары. В качестве эластичного элемента в упругих муфтах служат пружины разных типов, цилиндрические стержни и неметаллические детали (резина, кожа).

Все глухие муфты являются также жесткими.

Сцепные муфты:

• фрикционные (т. е. осуществляющие сцепление за счет сил трения);
• кулачковые.

Фрикционные сцепные муфты могут иметь различные формы рабочих (трущихся) поверхностей, в соответствии с чем они называются дисковыми (однодисковыми и многодисковыми), коническими и барабанными (колодочными).

Кроме муфт, назначением которых является постоянное или управляемое соединение валов, существуют предохранительные муфты, защищающие машину от поломки при аварийной перегрузке или чрезмерно возросшей скорости. Предохранительная муфта может быть установлена в дополнение к соединительной, но возможно и объединение этих функций в одной муфте.

Соединения деталей

Соединения деталей машин бывают неразъемными и разъемными. Разъемные соединения (болтовые, шпоночные, зубчатые) можно разбирать и вновь собирать без разрушения деталей.

Неразъемные соединения (заклепочные, сварные, клеевые и др.) могут быть разобраны лишь путем разрушения сварного шва, заклепок или других элементов соединения.

Шпоночные соединения

Шпонка — клиновидный или призматический стальной брус, вводимый в пазы вала 2 и посаженной на него детали 3 — зубчатого колеса, шкива, муфты для их соединения и передачи вращающего момента от вала к детали или от детали к валу.

Шпонки делятся на две основные группы:

• клиновые (с уклоном), дающие напряженные соединения;
• призматические (без уклона), обеспечивающие не напряженные соединения.

Широкое распространение имеют шпонки сегментные, тангенциальные и специальной конструкции.

Зубчатые (шлицевые) соединения

Канавки для шпонок ослабляют валы. Для устранения этого недостатка, а также для лучшего центрирования деталей на валу и уменьшения напряжений в шпоночном соединении (что особенно важно для подвижных соединений) применяют зубчатое или шлицевое соединение деталей с валом. Этот вид соединений получил в последнее время большое распространение.

Шлицевые соединения образуются выступами на валу и соответствующими

впадинами в насаживаемой детали. Вал и деталь с отверстием обрабатывают так, чтобы боковые поверхности шлицев или участки цилиндрических поверхностей (по внутреннему или наружному диаметру шлицев) плотно соприкасались.