Основные требования к машинам и деталям машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация машин

Машиной называется устройство, создаваемое человеком, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности. Под материалами понимаются обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т. д.

Машина, в которой все преобразования энергии, материалов и информации выполняются без непосредственного участия человека, называется - автоматом.

Машину характеризуют следующие признаки:

а) преобразование энергии в механическую работу или преобразование механической работы в другой вид энергии;

б) определенность движения всех ее частей при заданном движении одной части;

в) искусственность происхождения в результате труда человека.

Все многообразие машин можно разделить по характеру рабочего процесса на классы:

машины-двигатели - энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и т.д.) в механическую энергию (твердого тела);

машины-преобразователи - энергетические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздушные и гидравлические насосы и т.д.);

транспортные машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещения масс и предназначенные для перемещения людей и грузов;

технологические машины, предназначенные для преобразования обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния;

информационные машины, предназначенные для получения и преобразования информаций.

Совокупность машин-автоматов, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, называется автоматической линией.

В машине можно выделить следующие основные части:

а) приемник - непосредственно воспринимающий действие внешних сил, приводящих машину в движение (например, поршень в двигателе);

б) исполнительные механизмы - производящие работу, для получения которой предназначена машина (например, шпиндель станка);

в) передаточные механизмы, или приводы - служащие для передачи и преобразования движения от приемника к исполнительному механизму (например, кривошипный механизм, редуктор и др.). Кроме указанных основных частей машина имеет части для управления и регулирования движения, а также неподвижную часть (станину, фундамент), служащую для поддержания движущихся звеньев машины.

Кинематические пары и цепи

Кинематической парой называется подвижное соединение двух соприкасающихся тел, например поршень и цилиндр, вал и подшипник и др. Тела, составляющие кинематическую пару, называются звеньями.

Рис. 1

Звено механизма может состоять из нескольких деталей (отдельно изготовляемых частей механизма), не имеющих между собой относительного движения.

По характеру соприкосновения элементов кинематические пары делятся на два основных класса: низшие и высшие. У низших кинематических пар соприкосновение звеньев происходит по поверхностям, а у высших - по линиям или точкам.

Низшие кинематические пары:

поступательные (рис. 1, а, б):

а - цилиндр 1 и поршень со штоком 2;

б - ползун 1 и прямолинейные направляющие 2;

вращательные (рис. 1, в, г, д):

в - плоский шарнир;

г - вал и подшипник;

д - шаровой шарнир.

Высшие кинематические пары:

колесо и рельс - соприкосновение по линии (рис. 2,а);

фрикционные катки - соприкосновение по линии (рис.2,б)

кулачковая пара о острым толкателем - соприкосновение в точке (рис. 2, в).

Низшие пары более износостойки, так как сила давления одного звена на другое у них распределяется по поверхности соприкосновения, тогда как у высших пар соприкосновение звеньев происходит в точках или по линиям.

Рис. 2

Кинематической цепью называется связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других твердых тел, называется механизмом.

Рис. 3

Механизм обязательно имеет неподвижное 1, ведущее 2 и ведомое 3 звенья (рис. 3). Неподвижное звено называют также - стойкой.

Ведущим - называется звено, которое передает заданное движение. Ведомым - называется звено, воспринимающее движение.

Наличие стойки и других наложенных связей в виде кинематических пар делает возможным получение в механизме определенных звеньев при заданном законе движения ведущего.

Основные требования к машинам и деталям машин. Характеристики некоторых машиностроительных материалов

Основные тенденции в развитии машиностроения:

увеличение производительности и мощности машин, скоростей, давлений и других показателей интенсивности технологических процессов, повышение к.п.д. машин, уменьшение их массы и габаритов, широкую автоматизацию управления машинами, повышение их надежности и долговечности, снижение стоимости изготовления, повышение экономической эффективности эксплуатации, удобства и безопасности обслуживания.

С этими тенденциями непосредственно связаны общие требования, предъявляемые к машинам независимо от их назначения: высокая производительность; высокий к.п.д.; удобство и простота сборки, разборки, обслуживания и управления; низкая стоимость изготовления; надежность; долговечность и безопасность в работе; малые габариты и масса. Отсюда вытекают следующие основные требования к деталям любой машины:

прочность - деталь не должна разрушаться или получать остаточные деформации под влиянием действующих на нее сил в течение заданного срока службы;

жесткость - упругие перемещения, возникающие в детали под влиянием действующих на нее сил, не должны превышать некоторых допустимых заранее заданных величин;

износостойкость - износ детали в течение заданного срока службы не должен вызывать нарушения характера сопряжения ее с другими деталями и приводить к недопустимому уменьшению ее прочности;

малая масса и минимальные габариты - деталь должна иметь достаточные прочность, жесткость и износостойкость при минимально возможных габаритах и массе;

не дефицитность материалов - удовлетворение всех предыдущих требований не должно осуществляться за счет применения дефицитных материалов, так как использование таких материалов приводит к резкому увеличению стоимости детали;

технологичность - форму и материал детали желательно выбирать такими, чтобы изготовление ее требовало наименьших затрат труда и времени;

безопасность - форма и размеры детали должны обеспечивать безопасность обслуживающего персонала при изготовлении и эксплуатации машины;

соответствие государственным стандартам - деталь должна удовлетворять действующим стандартам на формы, размеры, хорта и марки материала.

Наиболее распространенными материалами в машиностроении являются стали различных марок, чугуны, бронза, пластмассы, древесина, резина и др.

В табл. 1 и 2 приведены характеристики некоторых машиностроительных материалов.

Таблица 1 - Механические характеристики некоторых пластмасс

Таблица 2 - Характеристики некоторых машиностроительных материалов

Краткие сведения о стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин

Стандартизацией называется установление обязательных норм, которым должны соответствовать типы, сорта (марки), параметры (в частности, размеры), качественные характеристики, методы испытаний, правила маркировки, упаковки, хранения продукции (сырья, полуфабрикатов, изделий).

Для обеспечения единых норм и технических - требований к продукции, обязательных для всех отраслей народного хозяйства, установлены Государственные стандарты - ГОСТы.

В машиностроении, например, стандартизованы: обозначения общетехнических величин, правила оформления чертежей: ряды чисел, распространяемые на линейные размеры; точность и качество поверхностей деталей; материалы, их химический состав, основные механические свойства и термообработка, форма и размеры деталей и узлов наиболее массового применения: болтов, винтов, шпилек, гаек, шайб, шплинтов, заклепок, штифтов, шпонок, ремней, цепей, муфт, подшипников качения;

Конструктивные элементы большинства деталей машин: модули зубчатых и червячных колес, диаметры и ширина шкивов, конструктивные формы и размеры шлицевых соединений и т.п.

Существует также ведомственная стандартизация, которую принято называть нормализацией. Нормализация проводится в пределах какой-либо одной отрасли производства или даже одного завода. Co стандартизацией тесно связана унификация деталей и узлов машин.

Унификацией называется устранение излишнего многообразия изготовляемых изделий, сортамента материалов и т.п. путем сокращения их номенклатуры, а также использования в разных (по размерам и назначению) машинах общих узлов и деталей.

Таким образом, узлы и детали, спроектированные однажды для какой-либо машины, без изменений используются в других машинах.

Широкое внедрение стандартизации обеспечивает возможность массового производства деталей на специализированных заводах, приводит к уменьшению трудоемкости и стоимости их изготовления.

Важнейшей чертой современного машиностроения является взаимозаменяемость, без которой невозможно было бы серийное и массовое производство машин.

Взаимозаменяемостью называется свойство деталей или узлов машин, обеспечивающее возможность их использования при сборке без дополнительной обработки (пригонки) при соблюдении технических требований, предъявляемых к работе данного узла, механизма, машины.

МЕХАНИЗМЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЙ

Кривошипно-шатунный механизм:

В современных приборах и машинах широкое распространение получили рычажные механизмы и в первую очередь кривошипно-шатунный механизм (рис. 4), состоящий из стойки 1, кривошипа 2, шатуна 3 и ползуна 4, движущегося в направляющих 5.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна. Наоборот, когда ведущим звеном является ползун, возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна преобразовывается во вращательное движение кривошипа и связанного с ним вала.

Кривошипно-шатунные механизмы широко применяют в поршневых двигателях, компрессорах, прессах, насосах и т.д.

Рис. 4

Если прямая хх, по которой движется центр шарнира, проходит через ось вращения кривошипа О, то механизм носит название - центрального.

Если эта прямая не проходит через точку О, то полученный кривошипно-шатунный механизм называется дезаксиальным или нецентральным.

В некоторых случаях необходимо найти аналитические зависимости перемещения, скорости и ускорения ползуна кривошипно-шатунного механизма от угла поворота кривошипа (рис.4)

Перемещение ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа

Скорость ползуна v = ds/dt умножим и разделим на da,

тогда

кинематический деталь машина

где ds/da = r sin б; da/dt = щ.

В таком случае

Ускорение ползуна а = dv/dt умножим и разделим на dб,

тогда

где

В таком случае

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы применяют в тех случаях, когда перемещение, скорость и ускорение ведомого звена должны изменяться по заранее заданному закону, в частности, когда ведомое звено должно периодически останавливаться при непрерывном движении ведущего звена.

Чаще всего кулачковый механизм состоит из трех звеньев (рис. 5) кулачка 1, толкателя 2 и стойки 3. На (рис.5) представлен четырехзвенный кулачковый механизм (четвертое звено - ролик 4).

Рис. 5

Кулачковые механизмы подразделяются на плоские и пространственные. Плоскими - называют такие кулачковые механизмы, у которых кулачок и толкатель перемещаются в одной или параллельных плоскостях, пространственными - такие, у которых кулачок и толкатель перемещаются в непараллельных плоскостях.

На рис. 6 представлена схема пространственного цилиндрического кулачкового механизма с профильным пазом на боковой поверхности.

Для увеличения стойкости кулачки изготовляют из высококачественной стали с рабочей поверхностью высокой твердости. С целью уменьшения трения и износа на толкателе устанавливают ролик, который вращается на оси и катится без скольжения по рабочей поверхности кулачка (рис. 5).

Кроме износа звеньев недостатком кулачковых механизмов является необходимость обеспечивать постоянное соприкосновение (замыкание) между звеньями. В процессе работы кулачкового большие усилия, главным образом инерционные, направленные на отрыв рабочей поверхности толкателя от кулачка. Для восприятия этих усилий применяется либо геометрическое (кинематическое), либо силовое замыкание кинематической цепи.

Геометрическое (кинематическое) замыкание применено в представленном на рис. 6 и 7 механизме с пазовым кулачком. Толкатель движется поступательно. При вращении кулачка ролик толкателя соприкасается с боковыми сторонами паза, прорезанного на кулачке. Паз создает два рабочих профиля кулачка, которые перемещают ролик толкателя в обоих направлениях.

При силовом замыкании толкатель во всех положениях прижат к кулачку с силой, которая больше силы, стремящейся оторвать толкатель от кулачка. Замыкающая сила в подавляющем большинстве случаев создается пружиной (см. рис. 5).

Рис. 6 Рис. 7

К числу недостатков кулачковых механизмов следует отнести сложность изготовления профиля кулачка, от которого требуется большая точность.

В тех случаях, когда толкатель должен перемещаться с периодическими остановками, участки профиля кулачка, соответствующие этим периодам, должны быть очерчены дугами окружности, проведенными из центра вращения кулачка.

Размещено на Allbest.ru