Примеры решения задач по деталям машин

Здравствуйте на этой странице я собрала примеры решения задач по предмету детали машин с решением по каждой теме, чтобы вы смогли освежить знания!

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

Введение в основы конструирования

К оглавлению…

До изучения типовых узлов и деталей машин необходимо познакомиться с основами конструирования, которые надо использовать при разработке деталей и узлов конструкций. Такой подход позволит в дальнейшем избежать ошибок и создавать не только типовые, а самые разнообразные и совершенные изделия.

При конструировании нужно руководствоваться общими концепциями, в основе которых лежат эксплуатационные, производственно-технологические, экономические и эргономические требования.

Отметим высокую стоимость военной техники 2000 $ за 1 кг (у автомобилей в 200 раз меньше), а у МКС «Спейс Шаттл» — 10000 $ за 1 кг. Такая высокая стоимость связана с большим объемом теоретических и экспериментальных исследований. Это требует тщательного изучения всех элементов создания JIA, включая конструирование.

Конструкция изделия должна максимально удовлетворять потребности пользователя, т. е. при низкой цене должна иметь высокое качество. Технические характеристики должны быть на уровне мировых достижений и иметь резерв развития.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Предмет детали машин

Основные принципы и правила при конструировании механизмов, узлов и деталей с учетом всех изложенных требований реализуют следующие мероприятия:

  1. Обеспечение показателей, записаппых в техническом задании (ТЗ), определяющих назначение, технические и экономические характеристики объекта: производительность, мощность, скорость движения, стоимость и другие параметры.
  2. Выбор наиболее рациональной схемы конструкции узлов и их элементов, например, использование вместо развернутой схемы передачи соосной или замена передачи винт — гайка скольжения па роликовинтовую передачу (РВИ). Создание машин нового поколения с использование мехатроники (сочетание механических элементов с электронными устройствами).
  3. Повышение надежности и ресурса. У детали надежность обеспечивается прочностью, жесткостью и стойкостью к воздействиям: вибрации, износу, температуре, давлению, влажности и др.
  4. Уменьшение материалоемкости, что выполняется при создании компактных конструкций и изготовлении деталей из материала с высокой удельной прочностью (металлы, биметаллы, неметаллы и композиты), выборе размеров и формы детали, обеспечивающей выравнивание напряжений. Возможно также упрочнение материала различными методами (термическими, химико-термическими, физическим воздействием высоких энергий и др.). Использование заготовок, максимально приближенных к окончательной форме детали, получаемых литьем, штамповкой, сваркой и другими высокопроизводительными способами.
  5. Малого энергопотребления и высокой износостойкостью при эксплуатации, что реализуется при минимальных потерях на трение и высоком КПД. Например, использование в передачах подшипников качения вместо подшипников скольжения.
  6. Обоснованному назначению точности и шероховатости деталей и обеспечению их взаимозаменяемости. Использованию стандартизации и унификации деталей и их элементов.
  7. Исключение попадания грязи, пыли и влаги на подвижные детали изделий, используя герметичные корпуса, кожухи, уплотнения и другие элементы конструкций, а на ряд поверхностей, особенно наружных, нанесение антикоррозионных покрытий. В результате устраняется коррозия, а в узлах трения уменьшается износ.
  8. Включение элементов (лючков, регулировочных устройств …) для обеспечения технического обслуживания, ремонта и контроля.
  9. Создание безопасности и комфорта оператору или исключение его присутствия (автоматизировать процесс), устранение вредного зоздействия на человека и окружающую среду.
  10. Учет производственно-технологических требований (см. гл. 3).

Рассмотрев общие принципы и правила, перейдем к более подробному изучению основ конструирования, иллюстрируя примерами решений и задачами.

Прочность деталей и узлов

К оглавлению…

Одно из основных эксплуатационных требований — обеспечение надежности конструкций, что особенно важно для узлов ЛЛ. Надежная деталь должна быть прочной, а в ряде случаев и обладать необходимой жесткостью.

Прочная и жесткая деталь при эксплуатации не должна разрушаться и подвергаться недопустимым упругим и пластическим деформациям. Примерами опасных деформаций являются большие прогибы и перекосы валов с зубчатыми колесами при эксплуатации, образование от действия нагрузок ямок на дорожках подшипников качения.

Условия прочности для сечения, в котором под действием внешних силовых факторов возникают лишь нормальные напряжения:

• В расчетах общего машиностроения:

  1. По допускаемым напряжениям или
  2. По запасам прочности ,

где — допускаемые и предельные, нормальные напряжения; — фактический и допускаемый коэффициенты запаса прочности.

• Расчеты ЛA проводят по разрушающим напряжениям

где — расчетные и эксплуатационные нагрузки; — коэффициент безопасности (, обычно 1,5—2); — площадь сечения; — предел прочности; — коэффициент запаса прочности при расчете ЛА. по разрушающим напряжениям. Для касательных напряжений формулы аналогичны, но в них нужно заменить на .

Возможно эта страница вам будет полезна:

Цели и задачи деталей машин

Повышение прочности и жесткости детали наиболее просто можно добиться, увеличивая размеры в опасных сечениях или используя материал лучшего качества. Обычно такое решение приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости. Поэтому нужно конструктору использовать способы обеспечения прочности при минимальном увеличении массы. Указанные способы изучаются ниже и позволяют получить деталь с минимальной материалоемкостью.

Конструирование прочных узлов и деталей минимальной массы сводится к выбору рациональной схемы конструкции, формы, размеров и материала деталей. Возможно использование и упрочнения материала.

Минимальная масса конструкции обеспечивается следующими способами:

а) Создание изделия с рациональной конструктивно-силовой схемой:

Пример с решением №1.1.

Грунтозаборное устройство корабля, совершающего посадку на Венеру, в исходном вариапте имело трубчатый корпус шнека, который крепился кронштейнами к двум различным элементам конструкции: кронштейны 2,3 — к ферме (Ф), а кронштейн 1 — к приборному отсеку (П) (рис. 1.1,а). При испытаниях было установлено, что в момент посадки при перегрузке шнек заклинивало. Внесенные изменения позволили получи!ъ более рациональную конструктивно-силовую схему (рис. 1.1,6) — корпус шнека стал крепиться на едином кронштейне (К), что уменьшило деформацию и обеспечило надежную работу.

Для получения конструкций минимальной массы необходимо предусмотреть передачу силы но кратчайшему пути. Это осуществляется тогда, когда конструкция подвергается растяжению, сжатию, сдвигу, но не изгибу. К этому требованию можно отнести и метод «блокировка деформаций».

Пример с решением №1.2.

На рис. 1.2 показан стержень, работающий на растяжение от силы . Неудачная конструкция, в которой стержень на криволинейном участке нагружен изгибающим моментом (рис. 1.2,а). В правильном варианте криволинейный участок отсутствует (рис. 1.2,6). В результате этого во втором случае масса стержня снижается.

Пример с решением №1.3.

На рис. 1.3,а изображена неудачная конструкция качалки, плечи которой работают на изгиб. В измененной конструкции (рис. 1.3,6) этот недостаток устранен, так как дополнительная полка передает нагрузки по кратчайшему пути, работает на растяжение и напряжения уменьшаются. Последний вариант можно отнести и к использованию метода «блокировка деформаций», так как соединение двух плеч качалки ограничивают их де формацию.

Перед конструктором стоит задача разработать такую деталь, которая обеспечивает прочность при МИНИМАЛЬНОЙ МАССЕ (МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ). Конечно, деталь должна быть НАДЕЖНОЙ, т. е. обеспечивать необходимую ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ и стойкость к различным воздействиям: износу, вибрации, температуре, влажности, давлению и др. Важным является и то, что в результате уменьшения материалоемкости улучшаются как эксплуатационные, так и экономические показатели.

Рассмотрим конструирование различных деталей балочного типа. К таким элементам конструкции относятся многие детали: валы, оси, кронштейны, балки, тяги, торсионы и др.

б) Конструирование балки минимальной массы:

Выбор формы детали балочного типа минимальной МАССЫ определяется двумя условиями:

Выбор рациональной формы сечения.

Форма детали должна быть согласована с напряженно-деформированным состоянием (НДС), то есть где нагрузка там и материал, отсутствует нагрузка — нет материала. Такой подход должен реализоваться при выборе сечения детали.

Создание равпопрочной по длине балки. Для получения РАВНОПРОЧНОЙ БАЛКИ необходимо , чтобы во всех сечениях удовлетворялось равенство

и условие прочности

В равнопрочной конструкции вероятность разрушения всех элементов одинакова.

При статическом нагружении можно принимать

и условие равнонрочности примет вид

Выбор рациональной формы сечения

Рассмотрим ряд примеров конструирования прочных деталей, балочного типа, минимальной массы при статической нагрузке. Эти задачи решаются легко при простом напряженном состоянии. Минимальная масса детали получается при равномерных напряжениях материала в каждом сечении (выравнивание напряжений), что достигается удалением из сечения участков, где напряжения малы.

Пример с решением №1.4.

Рассмотрим кронштейн, нагруженный постоянной силой (рис. 1.4,а). Нормальные напряжения от изгибающего момента в прямоугольном сечении распределяются неравномерно (рис. 1.4,6). Они имеют максимальную величину в крайних точках сечения и снижаются до нуля у нейтральной оси. Для выравнивания напряжений удаляют материал из наименее нагруженных мест и сосредотачивают его в более нагруженных участках сечения. В результате получают рациональную форму сечения. В пределе можно добиться выравнивания напряжений, что реализуется при использовании тонкостенных оболочек. Наиболее рациональные сечения кронштейна: двутавр (рис. 1.4,в) и полый прямоугольник (рис. 1.4,г). У них удален материал у нейтральной оси , где напряжения малы.

Введем КОФФИЦИЕНТ СОВЕРШЕНСТВА ПО МАССЕ , который определяет долю площади (определяющей массу) облегченного сечения от площади сплошного сечения при равном их моменте сопротивления. В нашем случае коэффициент равен отношению площади двутавра (или полого прямоугольника) к площади прямоугольника при равенстве их прочностных характеристик, определяемых моментами сопротивлений . Площади и моменты сопротивления относительно оси двутавра и полого прямоугольника, приведенные на рис. 1.4, равны. Запишем выражения для площади сечения прямоугольника и двутавра

и момента сопротивления

Геометрические характеристики сечений приведены на рис. 1.4. Из формулы (1.2) определяем высоту двутавра равнопрочного прямоугольному сечению, а затем находим

Отметим, что в формулах у двутавра не учитывается стенка, что при не оказывает существенного влияния на . При и ошибка менее 2%, а при и менее 6%. У облегченной балки стенка необходима для восприятия перерезывающей силы . Приближенно толщину стенки можно определить по формуле .

Приведем некоторые результаты:

В последнем варианте масса балки снижается на 81 %. Кривая зависимости КОФФИЦИЕНТА СОВЕРШЕНСТВА ПО МАССЕ и высоте от — приведена на рис. 1.5,а и б. Увеличение более не допустимо, так как далее происходит потеря местной устойчивости у полок двутавра.

Создание равнопрочной по длине балки

Для получения РАВНОПРОЧНОЙ БАЛКИ необходимо выбрать такую форму детали (рис. 1.4,а), чтобы при постоянной нагрузке во всех сечениях выполнялось равенство

где

Следовательно, и должны меняться синхронно, что выполняется при переменном сечении кронштейна.

Если для двутавровой балки в соответствии с формулами (1.1), (1.2), (1.4)

изменить ширину полки сечения, то у равнопрочой конструкции она должна меняться по длине кронштейна

С увеличением увеличивается и .

Возможно также изменять и высоту двутавра, тогда

Такая конструкция кронштейна приведена на рис. 1.6, где пунктиром показана расчетная высота для равнопрочной конструкции, а сплошными линиями наиболее распространенный вариант кронштейна.

Выбор формы детали также связан с технологией изготовления: механической обработкой, литьем, штамповкой и др. Обычно при конструировании выбирают сечение в виде двутавра, а не полого прямоугольника, так как его проще изготовить при механической обработке и штамповке.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Решение задач по деталям машин

Пример с решением №1.5.

На деталь действуют силы (рис. 1.7). Они нагружают стенку 1 изгибающим моментом и сжимающей силой , которые вызывают нормальные напряжения. Для решения используем принцип независимости действия сил (суперпозиции). Перенесем силу на ось симметрии стенки 1, добавив (рис. 1.7,а). Далее независимо рассматриваем нагружение стенки изгибающим моментом Миз (рис. 1.7,(5) и сжимающей силой F (рис. 1.7,в). Эпюры нормальных напряжений от и суммарная приведены на рис. 1.7,г. Переходим к выбору сечения. Для изгибающего момента рациональным сечением является двутавр, а для сжимающей силы сечение произвольно. Следовательно, целесообразно принять за рациональное сечение двутавр. Из эпюры суммарных напряжений видим, что нагружение полок двутавра различно. Учитывая это, делаем их разной площади. Площадь более нагруженной полки Б больше, чем другой (рис. 1.7,г). На стенку действуют постоянный изгибающий момент и сжимающая сила. Для обеспечения равнопрочности она должна иметь по всей длине постоянное сечение. Эскиз детали приведен на рис. 1.7,д.

Пример с решением №1.1.1

Разработать конструкцию двухопорной балки минимальной массы нагруженной силой и сравнить ее с массой консольной (рис. 1.8).

При разработке конструкции двух балок (см. рис. 1.8) минимальной массы вначале выбираем рациональное сечение — двутавр. Этот профиль соответствует рациональному распределению нормальных напряжений от изгибающего момента (см. рис. 1.4). Далее переходим к конструированию равнопрочной по длине балки . Максимальное напряжение

Определим для двух опорной балки максимальный изгибающий момент (рис. 4.1,а), а у консольной балки (рис. 4.1 ,б).

Максимальный изгибающий момент у консольной балки в 4 раза больше, чем у двухопорной.

В качестве примера рассмотрим обеспечение равнопрочности по длине балки прямоугольного сечения. Для выполнения условия необходимо соответственно менять и величину , которая у балки прямоугольного сечения равна . Для нее это реализуем изменением высоты сечения . Максимальное там, где наибольшее значение .

Сравним массу двухопорной и консольной балки с прямоугольным сечением одинаковой длины (, масса площадь поперечного сечения ). Их массы отличаются в два раза.

Конструкция балки с двутавровым сечением приведены на рис. 4.1,е.

Пример с решением №1.2.1

Сконструировать кронштейн минимальной массы, нагруженный сжимающей силой (рис. 1.9). Нужно учитывать, что нормальные напряжения в сечении распределяются равномерно.

Конструкция кронштейна В минимальной массы, нагруженного сжимающей силой , приведена на’ рис. 4.2,а (в соответствии с рис. 1.9). Нормальные напряжения в сечении распределяются равномерно (рис. 4.2,6), поэтому рациональное сечение можно брать любое, но сила должна быть приложена в центре жесткости. Если это не будет выполнено, то возникнет дополнительный изгибающий момент и масса кронштейна увеличится. Равнопрочность по длине кронштейна, нагруженной постоянной по длине сжимающей силой обеспечивается, если ее сечение постоянное (рис. 4.2,а).

Выбор материала детали

К оглавлению…

Рассмотрим детали, нагруженные растягивающей силой, из разных материалов (отличаются пределы прочности и плотность материалов). При выборе нужно использовать коэффициент удельной прочности при постоянной нагрузке или , а при циклической нагрузке . Предпочтительней использовать материал, у которого величина этого коэффициента больше. Более точно можно оценить влияние материалов деталей на массу, вводя дополнительно коэффициент

Существенно уменьшается масса равнопрочного стержня при замене стали на легкие сплавы. При переходе от стали ЗОХАГСА к титановому сплаву ВТ6 к алюминиевому сплаву В95 а при переходе к магниевому сплаву МА5 . Наименьшую массу имеют детали из титанового сплава.

Рассмотрим другой вариант примера 1,5 , когда сравниваются балки из разных материалов, нагруженные изгибающим моментом.

Оценим влияние материалов деталей на массу, вводя коэффициент . Его определяют для сечения с переменной по длине двутавра из равенства разрушающих изгибающих моментов и соответственно . Для выполнения этого равенства при замене материала нужно дополнительно изменить высоту двутавра . Задавая высоту двутавра находим

Для получения равнопрочной балки при нужно уменьшить до .

При переходе от прямоугольного сплошного сечения к двутавровому и замене материала детали формула коэффициента совершенства детали по массе запишется в виде .

Если при одной и той же конфигурации детали заменить сталь алюминиевым сплавом, то ее масса уменьшится примерно в три раза. Кроме того, у алюминиевых сплавов повышенная теплопроводность, что полезно, например, для теплонагруженных узлов червячных передач. Однако у них модуль упругости в два раза меньше и соответственно меньше жесткость.

В конструкциях, где нужна повышенная податливость и пониженная теплопроводность, нужно использовать композиционные материалы и пластмассы.

Рассмотрим валы. У вала, нагруженного изгибающим и крутящим моментами, используют сплошное круглое сечение или кольцевое. При увеличении внутреннего диаметра кольцевого сечения возможен переход к равномерному распределению напряжения. Проиллюстрируем это на примере вала, нагруженного изгибающим и крутящим моментами. У сплошного вала нормальные и касательные напряжепия распределяются неравномерно (рис. 1.10,а,б). Напряжепия меняются пропорционально радиусу :

где — расстояние от нейтральной оси; — момент инерции сечения при изгибе и кручении.

При наличии у вала отверстия напряжения распределяются более равномерно (рис. 1.11,а,б). При

(переход к тонкостенным конструкциям).

Пример с решением №1.6.

Рассмотрим неподвижную ось зубчатого колеса, нагруженную изгибающим моментом от силы (рис. 1.12,а). Из заданных сечений круглого и кольцевого выберем рациональное.

Определим для сплошного круглого и кольцевых сечений площадь

и момент сопротивления

Определим, используя формулы (1.5) и (1.6), наружный диаметр кольцевого сечения равнопрочного сплошному, круглому при заданном

Коэффициент совершенства по массе

а с учетом разных материалов деталей определяется по формуле

где

Графики зависимости и от приведен на рис. 1.5. Из них видно, что рациональным сечением является кольцевое. Его также нужно использовать при конструировании вращающихся деталей (валов, осей).

Перейдем к выбору формы неподвижной оси (рис. 1.12), нагруженной изгибающим моментом. Рассмотрим конфигурацию равнопрочной детали для двух случаев:

а) Ось со сплошным, круглым сечением.

В середине оси в сечении с координатой (1.8)

на участке

где — максимальный изгибающий момент и — максимальный диаметр при .

Равнонрочность обеспечиваем путем изменения наружной поверхности. Из выражения (1.8) находим диаметр наружной поверхности по длине оси

Изменив соответственно наружный диаметра оси (рис. 1.12,6), получаем у равнопрочной детали уменьшение массы на -30%, но сравнению с круглой осью постоянного сечения.

б) Ось с кольцевым сечением и постоянным наружным диаметром сравним со сплошным.

Для сплошного сечения , а для кольцевого

Равнопрочность обеспечиваем путем изменения диаметра отверстия. Из выражения (1.9) находим диаметр отверстия по длине оси

Уменьшение массы у равнопрочной оси с кольцевым сечением (рис. 1.12,в) достигает -70% по сравнению с круглой осью постоянного сечения. На рис. 1.12 — характеристика относительной массы вала (отношение массы равнопрочного вала к массе вала с постоянным, сплошным сечением).

На рис. 1.12,г,д показаны возможные конструкции таких осей, у которых лишь в местах установки подшипников (у шипов (Ш) и кольцевых участков) равнопрочность не обеспечена .

Пример с решением №1.7.

Рассмотрим вращающуюся ось, нагруженную в середине силой , которая вызывает переменные нормальные напряжения (рис. 1.12,а). Выбор рационального сечения рассмотрен в примере 1.6. В этом случае нельзя использовать условие так как предельные напряжения могут меняться для разных сечений .

Необходимо отметить, что в этом случае, так как нагрузка переменная, то при определении нужно принимать не , a

Оценивать равнопрочность нужно но формуле и в каждом сплошном сечении определить запас прочности

(, где величина может отличаться в различных сечениях).

, подставляя в из выражения (1.8), получаем

откуда находим

Здесь — предельные напряжения в рассматриваемом сечении; — предел ограниченной выносливости для материала детали; — коэффициенты снижения предела выносливости для текущего и среднего сечений.

На рис. 1.12,г показана возможная конструкция такой оси. Если у нее в местах установки подшипников и резких переходов у галтелей с малым радиусом и зубьев, не учтен коэффициент прочность не обеспечена (они обозначены Ш и 3). Для получения равнопрочной детали нужно уменьшить концентрацию напряжений в этих зонах или увеличить диаметр.

При определении для материала нужно использовать формулу (1.7), в которой заменено на , где

Пример с решением №1.8.

Рассмотрим короткий стержень, нагруженный сжимающей силой. В этом случае прочность определяется из условия

а напряжения распределены равномерно. Поэтому форма сечения не влияет па массу, если сила приложена в центре жесткости сечения. При замене материала коэффициент массового совершенства определяется по формуле

Нужно учитывать, что при растяжении-сжатии балок сечение может быть произвольно, если сила приложена в центре жесткости.

Пример с решением №1.9.

Проанализировать, как правильно выбрать расположения стенки корпуса относительно кольцевых гнезд под подшипники (рис. 1.13). На корпус от подшипника передается сила . При смещении стенки влево возрастает моментная нагрузка на нее, увеличивается наружная поверхность корпуса редуктора (этот участок зачернен) и масса (рис. 1.13,а). В варианте на рис. 1.13,(5 на стенку не действует моментная нагрузка (лучше силовая схема), но несколько увеличивается наружная поверхность редуктора и масса, что не желательно. В случае смещения стенки вправо моментная нагрузка на стенку также возрастает, но уменьшается наружная поверхность редуктора и его масса (рис. 1.13,в). Последний вариант конструкции предпочтительнее, особенно у маломощных редукторов. У редукторов большой мощности нагрузки на стенку снижают, устанавливая ребра жесткости (рис. 1.13,г).

в) Уменьшение концентрации напряжений

Снижение концентрации напряжений важно для увеличения прочности и долговечности деталей при циклическом нагружении.

Уменьшить концентрацию напряжений можно выполнить двумя способами: конструктивным и технологическим. В первом случае не рекомендуется делать резких переходов формы (галтелей с малым радиусом, пазов под шпонки…) и избегать скачков нагрузки от сосредоточенных сил, прессовых посадок и других. При технологическом способе прочность детали увеличивается за счет создания в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия и/или повышения прочности поверхностного слоя. Это осуществляется дробеструйной обработкой, обкаткой роликами, химико-термическими способами (цементация, азотирование), методами физического воздействия высокой энергией (лазерная, ионно-плазменная обработка) и др. Особенно опасны участки детали, где имеется двойная концентрация напряжений.

Пример с решением №1.10.

На рис. 1.14,а показан вал с двойной концентрацией напряжений: на наружной поверхности и в отверстии. После устранения резких переходов вала па наружной поверхности или смещения проточки в отверстии или в обоих изменений (1.14,6) его прочность увеличивается.

Для уменьшения концентрации напряжений у шипа вала с галтелью (см. рис. 1.15) можно провести следующие изменения: увеличить радиус р, по он не должен быть меньше, чем фаска у устанавливаемого на шип подшипника. Если это не выполняется, то можно взять и установить промежуточное кольцо (рис. 4.3,а), или сделать у вала разгрузочную канавку (рис. 4.3,6).

Пример с решением №1.5.1.

У крышки подшипника (рис. риал из малонагруженных участков. Выбрать материал крышки.

д) Увеличение материала на участках, где нагрузки велики и использование резервирования

Неудачная крышка подшипника приведена на рис. 1.20. Правильная конструкция литой крышки изображена на рис. 4.5, в которой удален материал из малонагруженных участков, обозначенных У (они зачернены). Материал крышки алюминиевый или магниевый сплавы. Например, у литых изделий AЛ4, MЛ4, а у изготовленных механической обработкой — Д16Т, МА5. У литых деталей делаются приливы П, поверхность которых подвергается обработке.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Курсовая работа по деталям машин

Жесткость деталей и узлов

К оглавлению…

Жесткость определяет способность детали сопротивляться деформации при нагружении. Наряду с деталями, где деформация ограничена и жесткость должна быть достаточно высокой (валы, балки), имеются элементы с регламентированной и/или малой жесткостью (пружины, сильфоны, гибкие колеса волновых передач). Целесообразно использовать для обеспечения необходимой жесткости балок рациональные сечения, выбранные из условия прочности. Такие сечения также будут иметь минимальную массу. Однако равнопрочная конструкция имеет минимальную жесткость.

Нельзя допускать потерю общей и местной устойчивости. Общая устойчивость балки, нагруженной сжимающими силами, связана с жесткостью. Действующая сила должна быть меньше критической силы, которую определяют по формуле Эйлера:

При конструировании длинных стержней, которые могут потерять общую устойчивость, их рациональным сечением, обеспечивающем минимальную массу, будет кольцевое, которое имеет максимальное значение отношения момента инерции сечения к погонной массе. Используются детали, состоящие из труб.

Повышение жесткости возможно путем:

• использования материала с более высоким модулем упругости (например, вместо алюминиевых сплавов бериллиевых который имеет более высокую удельную жесткость или композиционных материалов;

• замена деформации изгиба на растяжение-сжатие;

• использование ребер или перегородок; увеличение площади контакта;

• увеличение жесткости наиболее податливого элемента сжатию (например, упругой прокладки) и др.

Пример 1.15.

Рассмотрим изгиб кронштейна под действием (рис. 1.4, где — изгибающий момент). Нужно выбрать рациональное сечение, обеспечивающее необходимую жесткость при минимальной массе. Определим КОФФИЦИЕНТ СОВЕРШЕНСТВА МАССЫ НО ЖЕСТКОСТЕ при Запишем выражения для площадей прямоугольника и двутавра

и моментов инерции прямоугольника и двутавра

Приравнивая моменты инерции кронштейнов из одинаковых материалов находим высоту двутавра равножесткого прямоугольному сечению.

Окончательно получаем коэффициент совершенства по массе

Графики зависимости высоты двутаврого профиля равножесткого прямоугольному и коэффициента совершенства по массе (рис. 1.21,а) и высота (рис. 1.21,6) от величины приведены сплошными линиями. Обозначения в примерах 1.15, 1.16 аналогичны приведенным на рис. 1.5.

При разных материалах

где

Пример с решением №1.16.

Определить массовый коэффициент совершенства по жесткости для балки, нагруженной изгибающим моментом при замене сплошного круглого сечения на кольцевое у равнопрочных стержней

Массовый коэффициент совершенства по жесткости для балки, нагруженной сжимающей силой при переходе от сплошного круглого сечения к кольцевому равен

Запишем выражения для площадей сплошного круглого и кольцевого сечений

и моментов сопротивления для сплошного круглого и кольцевого сечений

Для одинаковых материалов, приравнивая и из выражений (1.16)—(1.18) находим наружный диаметр кольцевого сечения

Окончательно, используя выражения (1.16) — (1.17), получаем коэффициент совершенства по массе

Графики зависимости и от приведены пунктиром на рис. 1.21. Например, при

Аналогичные значения будут и при определении коэффициента совершенства по массе для жесткости металлических стержней с круговым сечением, нагруженным вращающим моментом, так как равно .

Пример с решением №1.17.

Рассмотрим длинный стержень , у которого может произойти ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ. Критическая сила определяется по формуле Эйлера:

а критические напряжения

Не меняя у стержня длину и условия закрепления, рассмотрим два сечения — сплошное круглое и кольцевое. Для них коэффициент совершенства массы по устойчивости будет определяться также отношением:

При равенстве жесткостей определяем их площадь

и момент инерции

Из выражений ( 1.20) и (1.21) находим наружный диаметр кольцевого сечения при

а коэффициент совершенства но массе для устойчивости имеет вид

а при

У равножестких стержней при замене только их материалов со стали на титан получаем , т. е. их масса меньше на 19%.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Контрольная работа по деталям машин

Стандартизация и унификация

К оглавлению…

Использование стандартизации и унификации деталей и узлов улучшает качество изделий и делает конструкцию более технологичной и экономичной ее производство.

Стандартизация и унификация соответствует, как эксплуатационным, так и производственно-технологическим требованиям.

Стандартизация — это регламентирование конструкции и ти-иоразмеров применяемых машиностроительных деталей, узлов, агрегатов. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и механизмов и при целесообразной конструкции деталей способствует увеличению надежности машин. Например, имеются стандарты на резьбу, модули зубчатых колес, что позволяет применять для их изготовления стандартный инструмент. Использование стандартных деталей и изделий позволяет наладить их массовое производство, что обеспечивает высокое качество и низкую стоимость. Особенно это важно для сложных изделий, например, электродвигателей и подшипников.

Л зависимости от сферы действия предусматриваются следующие категории стандартов: международные (ИСО), государственные (ГОСТ) и отраслевые (ОСТ).

Унификация это приведение объектов одинакового, функционального назначения к единообразию но установленному признаку и рациональное сокращение числа этих объектов на основе данных об их эффективной применяемости. Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов и деталей. Это наиболее распространенная и эффективная форма улучшения технологичности изделий.

Стандартизация изделий, их составных частей и деталей дает наибольший эффект при сочетании с унификацией. В результате этих мероприятий сокращается номенклатура стандартного рабочего и мерительного инструмента, что особенно важно при использовании сложного инструмента (фрез, метчикоп, плашек и др.). стоимость которых значительно увеличивается при индивидуальном производстве нестандартных образцов.

Примером унификации может служить использование одинаковых подшипников у вала, хотя действующие на них нагрузки отличаются.

Точность взаимного положения деталей

Точность деталей и их взаимного положения является одной из составляющих эксплуатационных требований к конструкции. Точность самих деталей изучается в курсе метрология, где излагаются основы взаимозаменяемости.

Базирование деталей

К оглавлению…

Базирование — предание детали требуемого положения, относительно выбранной системы координат. Поверхность, ось, точка, принадлежащие детали и используемые для базирования, называются базами. Погрешностью базирования называют отклонение фактически полученного положения детали от требуемого. Чаще всего базирование деталей производят по плоским, цилиндрическим поверхностям деталей и их комбинациям. При соединении двух деталей вследствие погрешностей формы сопрягаемых поверхностей и некоторых других факторов возможны перекосы деталей. например при установке узких деталей на валах.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Помощь по деталям машин

Пример с решением №2.1.

Выбрать базу в зависимости от отношения длины сопряженного участка к диаметру . При большом отношении радиальный зазор между валом 1 и отверстием в детали 2 мал (рис. 2.1) и принимают за основную базу цилиндрическую поверхность (ступицы колеса, втулки и т.д.). При этом между торцами детали 2 и буртиком вала образуется клиновый зазор . При < 0,8 радиальный зазор достаточно велик (рис. 2.1,6) и цилиндрическая поверхность не обеспечивает необходимой точности. Поэтому за основную базу принимают торец детали 2, прилегающий к буртику вала, который должен быть изготовлен с необходимой точностью.

Центрирование деталей. Работоспособность проектируемого изделия во многом определяется необходимой соосностью деталей и узлов, входящих в изделие, то есть требуемой точностью центрирования. Соосность характеризуется величиной смещения номинально совпадающих осей цилиндрических поверхностей. Выбор расположения этих поверхностей определяет допуск соосности. При обеспечении требуемой соосности надо принимать во внимание то, что резьбовые соединения не обеспечивают правильного центрирования из-за биения среднего диаметра и зазоров в резьбе. В качестве центрирующих поверхностей в таких случаях, как правило, используются цилиндрические или соосные с резьбой гладкие цилиндрические пояски.

Пример с решением №2.2.

На рис. 2.2,а базой установки пальца водила является резьба, что не обеспечивает необходимой точности положения его оси. Для обеспечения необходимой точности нужно фиксировать палец по цилиндрической поверхности (база). Правиль-

ная конструкция приведена на рис. 2.2,6, в которой палец запрессован в водило и базой является цилиндрическая поверхность.

Необходимо также избегать фиксации детали по нескольким поверхностям, так как это усложняет изготовление и сборку.

Пример с решением №2.3.

Установить призматическую шпонку на валу Неправильная конструкция изображена на рис. 2.3,а где отсутствует зазор у торцевой поверхности шпонки и фиксация шпонки выполняется но всем граням, что не оправдано, а только усложняет изготовление. Следует фиксировать шпонку только по рабочим граням, предусмотрев между верхней плоскостью шпонки и пазом в ступице зазоры 3, а у торцевой поверхности зазор (рис. 2.3,б).

Пример с решением №2.4.

Центрирование втулки в отверстии. На рис. 2.4,а центрирование втулки выполняется по двум цилиндрическим поверхностям 1 и 2. Такое центрирование не оправдано, так как усложняет изготовление и сборку, увеличивает стоимость и не улучшает конструкцию. Правильная конструкция приведена на рис. 2.4,6,

где предусмотрен зазор s, а на рис. 2.4,в верхняя часть (буртик) выступает наружу. На рис. 2А,а также неправильная установка втулки вдоль оси (опора фиксируется по двум поверхностям 3 и 4. Это устранено введением зазора s у торца втулки (рис. 2.4,6) или увеличением диаметра отверстия (рис. 2.4,в).

Пример с решением №2.5.

Изменить конструкцию (рис. 2.5,о) для обеспечения правильного базирования вала в стенке 1 корпуса. Вал 4 в подшипнике 3 и подшипник 3 в крышке 2 базируются по цилиндрическим поверхностям, что обеспечивает точное положение вала относительно крышки. Крышка крепится в корпусе на резьбе Р, которая не обеспечивает необходимой точности. В правильном варианте участок резьбы Р заменен на цилиндрическую поверхность Ц, обеспечивающую правильное базирование (рис. 2.5,(5).

Чаще используется конструкция (рис. 2.5,в), в которой при малых нагрузках подшипник базируется непосредственно в корпусе и крышка закрепляется винтами 5. При больших нагрузках в корпус запрессовывается стальная втулка, в которой устанавливается подшипник.

Пример с решением №2.1.1.

Улучшить конструкцию фланцев (рис. 2.6), центрирующей вала 1 относительно вала 2.

Фиксация детали па плоскости

Недостаток конструкции, приведенной на рис. 2.6, заключается в том, что центрирование фланцев осуществляется по двум цилиндрическим поверхностям. На рис. 4.6 удален участок 1, обозначенный — • • — • • — , и центрирование выполняется лишь по одной поверхности 2. Кроме того, контакт двух торцов фланцев производился по двум плоскостям 3,4. В измененной конструкции у плоскости 3 предусмотрен зазор и остался контакт лишь по плоскости 4. Возможен и другой вариант — контакт по плос-

кости .3, а зазор по плоскости 4. Во втором случае нагрузки на фланец больше.

Пример с решением №2.6.

Рассмотрим конструкцию корпуса. Фиксация крышки К на основании О корпуса (рис. 2.7) может осуществляться с помощью двух, а иногда и более штифтов. Более двух штифтов устанавливают, когда оир не только фиксируют деталь, но и передают большие силы, действующие в плоскости стыка. Силы перпендикулярные к плоскости стыка воспринимаются винтами или шпильками с гайками. В местах установки штифтов и крепежных деталей снаружи корпуса делаются приливы. Не рекомендуется плоскость стыка делать ступенчатой, т. к. это усложняет его изготовление и герметизацию. Плоскость стыка основания с крышкой корпуса при окончательной сборке покрывают тонким слоем герметика.

Пример с решением №2.2.1.

Обеспечить точное положение стакана на плоскости (рис. 2.8).

Точное положение стакана на плоскости не обеспечивается его закреплением шпилькой с гайкой (см. рис. 2.8). Точную фиксацию нужно выполнять с помощью двух штифтов (рис. 4.7,а) или цилиндрическим выступом (рис. 4.7,6)- При этом шпилька разгружается от перерезывающих сил, а нагружается лишь растягивающими силами.

Методы взаимозаменяемости

К оглавлению…

Наиболее технологична конструкция, в которой используется метод полной взаимозаменяемости. Однако наряду с ним иногда приходится использовать методы компенсации (путем введения компенсатора) или пригонки (когда один из размеров подгоняется при сборке). Метод пригонки используется лишь в индивидуальном производстве.

Устранение пригонки (подгонки). Использование пригонки затрудняет изготовление конструкций и его нужно устранять, что особенно важно в круппосерийном и массовом производстве. Точность замыкающего звена вместо пригонки (метод пригонки) может обеспечиваться за счет введения компенсатора (метод регулировки).

Пример с решением №2.7.1.

Использование компенсаторов на КА. На рис. 2.9 показаны активный (ЗА) и пассивный (ЗП) замки, установленные на стыковочных шпангоутах космического аппарата (КА). Крюк активного замка закреплен и перемещается под действием пальца, соединенного с крюком в точке . Палец эксцентрично закреплен на барабане Б, вращающимся вокруг оси . На барабане закреплен трос (Т), который приводит его во вращение. Трос соединяет группу замков, которые приводятся в движение от одного редуктора. Пассивный замок состоит из крюка, имеющего гайку (Г) для регулировки зазора между замками, которая через тарельчатые пружины (П), являющиеся компенсаторами, передает нагрузки на стыковочный шпангоут. При соединении крюков активного и пассивного замков возможна ситуация, когда на одних замках люфт будет отсутствовать, а на других будет наблюдаться зазор. Тогда движения крюков будет продолжаться и за счет перемещения компенсатора зазор будет устранен во всех соединениях, что обеспечит жесткое и надежное соединение стыковочных шпангоутов КА.

Пример с решением №2.8.

Другие компенсаторы ЛA. В гидравлических системах в качестве компенсаторов используются сильфоны (рис. 2.10), которые имеют меньшую жесткость, чем трубопровод и хорошо деформируются, компенсируя отклонения.

Компенсаторы в виде регулировочных колец используются в схеме установки подшипников враспор, что позволяет установить необходимый зазор для обеспечения удлинения вала при изменении температуры.

Развитием использования компенсаторов можно считать применение метода самоустанавливаемости. Для этого в конструкцию вводят компенсирующие неточности подвижные детали, установленные на цилиндрических или сферических шарнирах или используют телескопические соединения.

Пример с решением №2.9.

Спроектировать устройство, обеспечивающее надежное крепление детали (Д). Узел, приведенный на рис. 2.11,а, не обеспечивает необходимое крепление заготовки. Введение самоустанавливающегося звена I позволяет надежно закрепить деталь, прижимая ее на двух участках (рис. 2.11,6). В этой конструкции под гайку 2 подложена сферическая шайба 3, разгружающая откидной болт 4 от изгибающего момента.

Пример с решением №2.10.

Разработать узел, позволяющий пространственно ориентировать стержень и выполнять осевую регулировку. Для компенсации углового перемещения стержня 1 относительно двух перпендикулярных осей используется шаровая опора III (рис. 2.12, где 1 — стержень; 2 — накидная гайка; 3 — опора; 4 — шпилька; 5 — гайка; 6 — стопорная шайба; 7 — отсек). Осевую регулировку выполняют с помощью винта 8 и гайки 9, которая стопорится шайбой 10.

Нример 2.11. На рычаг 1 действует пружина сжатия 4 (рис. 2.13,а). При повороте рычага торцы пружины перекашиваются, и она изгибается, что может привести к потере устойчивости. Это устраняется введением в конструкцию телескопической направляющей 5, которая не дает пружине изгибаться. Длина направляющей, состоящей из двух труб, за счет телескопического соединения меняется. Заделка с двух сторон у труб шарнирная 2. Движение рычага ограничено упором 3 (рис. 2.13,6). Конструкция упрощается, если вместо пружины сжатия использовать пружину растяжения. Она не требует направляющей, так как самоустанавливается. Использование пружины растяжения менее надежно, так как при ее раз-

рушении конструкция не работает, а пружина сжатия продолжает функционировать.

Пример с решением №2.3.1.

Внести изменения в конструкцию узла (рис. 2.14) для обеспечения надежного закрепления двух деталей Д1 и Д2 разной высоты.

Для обеспечения надежного закрепления двух деталей 3 разной высоты (см. рис. 2.14) внесем изменения в конструкцию узла. Горизонтальную плапку закрепим на штоке, с помощью цилиндрического шарнира 2. Планка самоустанавливается и устраняет зазор между ней и деталью и обе детали надежно закрепляются (рис. 4.8,а). Планку 1 нужно сделать переменной высоты для обеспечения ее равнопрочности. Для цилиндрического шарнира использовано соединение ухо—вилка (рис. 4.8,(5, где 4 — ухо, 5 — вилка планки 1).

Пример с решением №2.4.1.

Изменить крепление электродетонатора ЭД для обеспечения точной регулировки зазора между ЭД и удлиненным кумулятивным зарядом УКЗ (рис. 2.15).

Решение задачи рис. 2.15 можно осуществить, заменив цилиндрическое отверстие (рис. 4.9,а) у электродетонатора под крепежный винт на продолговатое (рис. 4.9,6).

Некоторые методы и принципы конструирования

К оглавлению…

Рассмотрим их.

Блочный принцип. Использование блочного конструирования позволяет существенно повысить технологичность при сборке и особенно при ремонте изделия.

Пример с решением №2.12.

Сконструировать узел, в котором используется блочный принцип.

На рис. 2.16,а, приведен золотниковый клапан. При износе его требуется сложный ремонт. Необходима пригонка цилиндричес-

кой поверхности Ц золотника и сопряженного цилиндрического отверстия, выполненного в корпусе. На рис. 2.16,6 изображена более совершенная конструкция, где введен блок, состоящий из золотника 2, заключенного в стакан 1. Наружная поверхность золотника не изнашивается и при ремонте не требуется доработка корпуса, а следует заменить весь блок, что существенно упрощает ремонт.

Компактность конструкции. Меньшие габариты получаем при переходе к более совершенным передачам, например, при замене многоступенчатой цилиндрической зубчатой передачи на волновую. Использование более совершенных схем расположения колес также уменьшает размеры. Соосная схема редуктора (рис. 2.17,6) лучше, так как она имеет меньший объем и массу, чем развернутая (рис. 2.17,а).

При конструировании для получения более совершенных изделий можно использовать эвристические приемы. Приведем некоторые из них.

Метод совмещения

К оглавлению…

Пример с решением №2.13.

Упростить конструкцию, приведенную на рис. 2.18,а. На ней показаны два коромысла, каждое из которых имеет свою опору, а на рис. 2.18,б,в,г приведены другие варианты, где использовался метод совмещения и две опоры объединены в одну, конструкция которых проще и масса меньше.

Метод «матрешки», когда один элемент конструкции помещается внутри другого.

Пример 2.14. Например, мотор привода лунохода установлен внутри колеса и узел становится более компактным.

Метод наоборот

Пример 2.15. В методе наоборот, например, возможна замена в передаче винт-гайка вращение винта на вращение гайки и др.

Метод применения решений, аналогичных имеющимся в природе

Пример 2.16. Структура манипулятора многоразового КА «Буран» аналогична руке человека.

Метод преобразования структуры

Пример 2.17. При конструировании стыковочного устройства К А вначале использовался лишь стыковочный механизм, который потом был дополнен замками стыковочного шпангоута. Это обеспечило надежную эксплуатацию КА в полетах.

Особенности конструкции деталей при различных способах изготовления

Конструируя детали, необходимо учитывать не только факторы, обеспечивающие их работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость, и т.д.) при минимальной материалоемкости и габаритах, но и учитывать производственно-технологические требования: возможности производства, позволяющие применение наиболее технологичных и высокопроизводительных способов изготовления. Деталь (изделие) будет технологичной в том случае, если конструктивное решение обеспечивает наименьшие затраты труда, времени и средств на изготовление, то есть быстрое и экономичное освоение его производства с использованием современных технологических процессов.

Кратко сформулируем общие технологические требования к конструкции деталей и узлов.

  1. Заготовка должна быть максимально приближена к окончательной форме, а механическая обработка сведена к минимуму.
  2. Обеспечение использования высокопроизводительных способов механической обработки (обработка напроход, удобные базы, унификация элементов, одновременное изготовление нескольких деталей).
  3. При изготовлении деталей должна быть предусмотрена возможность использования прогрессивных способов изготовления: прецизионных, лазерных, электронно-ионно-плазменных и других высокопроизводительных технологий, что повышает качество изделий.
  4. Расчленение сложных деталей на несколько с простыми формами поверхностей и использовать составные конструкции. Обеспечение доступа к составным частям, их установку и съем.
  5. При изготовлении рядом способов (литье, штамповка, прессование, вытяжка) следует избегать резких переходов и делать плавные очертания.
  6. Применять стандартизацию и унификацию элементов конструкций.
  7. Учитывать объем выпуска и возможности производства.

Далее рассмотрим подробнее требования к конструкции для наиболее распространенных способов изготовления

Механически обрабатываемые детали

К оглавлению…

Обычно до массового производства для выяснения возможностей сбыта выпускают малую серию изделий. Целесообразно изготовление малых серий выполнять на универсальном оборудовании с механической обработкой. Это связано с экономическими требованиями.

Рассмотрим пути обеспечения технологичности конструкции.

Сокращение объема механической обработки. Поверхности детали, подвергаемые механической обработке, должны быть минимально необходимыми. Форма заготовки должна быть максимально приближена к окончательной форме детали. Расход материала при изготовлении детали оценивается коэффициентом использования материала (КИМ)

где — масса детали; — масса загатовки.

Нужно стремиться к разработке деталей с высоким значением КИМ. При безотходном производстве КИМ = 1.

Пример с решением №3.1.

Сократить объем механической обработки. На рис. 3.1,а представлена неудачная деталь, если она изготавливается из круглого прутка, то отходы в стружку большие. Лучше, когда гайка отдельно от шайбы (рис. 3.1,6) делается из шестигранного прутка, что уменьшает отходы. При большой серии можно изго-

тавливать гайку объемной штамповкой, что приводит также к минимальным отходам и повышается производительность.

Использование составных конструкций. Конструкцию деталей сложной формы целесообразно делать составной, если это не противоречит выполнению других требований.

Пример с решением №3.2.

Упростить неудачную конструкцию (рис. 3.2,а), которую сложно изготовить. Переходят к составной конструкции. Отделение штуцера 1 от емкости 3 (рис. 3.2,6) значительно упрощает изготовление каждого элемента сборочной единицы. Возможно присоединение штуцера сваркой, пайкой или с помощью резьбы. В случае использования цилиндрической резьбы для исключения течи среды (газ, жидкость) нужно между кольцевым выступом штуцера 1 и емкостью установить уплотнительную прокладку 2.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Заказать работу по деталям машин

Пример с решением №3.3.

Увеличить КИМ у монолитной конструкции (рис. 3.3,а). Переход к составной конструкции, включающей вал и колесо (рис. 3.3,6) существенно сокращает расход металла. Возможны вместо запрессовки и другие способы соединения вала со

ступицей колеса. Аналогичную составную конструкцию целесообразно использовать и при разработке узла — поршня со штоком.

Пример с решением №3.1.1.

Сделать конструкцию водила, представленную на рис. 3.4, более технологичной.

Свободный подход и выход для инструмента повышает качество и производительность.

Пример с решением №3.4.

Для обработки отверстий под подшипники в корпусе (рис. 3.5,а) инструмент крепится на оправке О, закрепленной консольно (отсутствует свободный выход). После изменения конструкции (рис. 3.5,6) возможно крепление оправки на двух опорах (имеется свободный подход и выход), что облегчает обработку и повышает точность, необходимую при обработке отверстий под подшипники. Для устранения попадания грязи внутрь корпуса отверстие закрывается крышкой.

Пример с решением №3.5.

Внести изменения в конструкцию сателлита (рис. 3.6,а) для облегчения изготовления. На рис. показано не технологичное изделие, в котором нельзя изготовить отверстие под подшипники напроход. В измененном варианте (рис. 3.6,0) использована составная конструкция. Кольцевой выступ заменен канавкой, в которую вставлено пружинное упорное кольцо У. Этот вариант обеспечивает обработку отверстия напроход и приводит к увеличению точность.

Обеспечение подхода и выхода инструмента

Размеры и форма элементов детали, назначаемые конструктором, должны учитывать способы механической обработки и необходимых измерений и соответственно размеры и форму режущего и вид измерительного инструментов.

Пример с решением №3.6.

Во втулке (рис. 3.7,а) нужно просверлить отверстие О, что невозможно сделать на обычном оборудовании (свер-

лильном станке…), если нельзя проделать дополнительное отверстие на наружной поверхности детали. В этом случае нужно изменить конструкцию так, чтобы обеспечить подход для инструмента (сверла С рис. 3.7,6) или использовать электроэрозионную обработку (рис. 3.7,в, где Э обозначен электрод).

Пример с решением №3.7.

У шлифованных поверхностей шипов для уменьшения износа шлифовального круга нужно делать канавку (рис. 3.8,а). Допускается в исключительных случаях для уменьшения концентрации напряжений у вала делать галтель с регламентированным радиусом R, который должен быть меньше, чем фаска у устанавливаемого на шип подшипника (рис. 3.8,6). Для обеспечения установки подшипника на конце шипа делается фаска.

Задача 3.2. Устранить технологические ошибки у вала со шлицами (рис. 3.9).

Пример с решением №3.8.

На рис. 3.10,а приведен участок вала с резьбой, который трудно изготовить. При нарезке наружной резьбы плашкой (из-за режущей части инструмента с неполной высотой профиля) невозможно довести резьбу до торца выступа. Необходимо оставлять участок длиной (рис. 3.10,6, где — шаг резьбы). При нарезке резьбы на токарном станке резцом необходимо предусмотреть стандартную канавку ширипой для его выхода (рис. 3.10,в).

Нарезка внутренней резьбы метчиком до торца отверстия также невозможна (из-за режущей части инструмента с неполным профилем) (рис. 3.11,а). Нужно оставлять участок длиной (рис. 3.11,6). При нарезке резцом предусматривается канавка шириной для его выхода (рис. 3.11,в).

У паза под шпонку (рис. 3.12,аДв) нужно предусмотреть отверстие или канавку радиуса или увеличение радиуса от-

верстия для выхода инструмента (резца) на долбежном станке. В последнем случае можно изготовить паза под шпонку, используя протяжку.

Обработка отверстий

Пример с решением №3.9.

Для упрощения обработки внести изменения в конфигурацию отверстия (рис. 3.13,а), точность диаметра которого определяется 12 квалитетом. На рис. 3.13 изображен неудачный вариант, так как отсутствует конус от сверла, который остается при обработке отверстия. Устранение конуса возможно дополнительной обработкой — расточкой отверстия, но это не целесообразно. Правильный вариант показан на рис. 3.13,б.

При обработке отверстий с большей точностью остаются переходные участки в местах режущей части инструмента (сверла, зенкера, развертки), где размеры отличаются от необходимых на рабочих участках. Точность и шероховатость отверстия: от сверла 12 квалитет (рис. 3.14,а); от зенкера 10—12 квалитет, = 2,0…2,5 (рис. 3.14,6); от развертки 6—11 квалитет, = 0,32…2,5 (рис. 3.14,в). Длина режущей части у машинной развертки , а у ручной ); от протяжки 7—9 квалитет, = 0,32…2,5.

Возможно также изготовление отверстий электроэрозионной обработкой (ЭЭО), но она более энергоемка и менее производительна, чем механическая. Ее использование оправдано для деталей сложной формы с отверстиями и пазами, сплавов высокой твердости, миниатюрных тонкостенных и нежестких изделий. Например, для изготовления отверстия в недоступном для сверления

месте в примере 3.6. ЭЭО дает при мягком режиме высокую точность и достигает = 0,3.

Сверление отверстий должно быть под углом более 70 к поверхности (рис. 3.15,а), а при меньшем угле нужно менять конструкцию (рис. 3.15,6).

Отделение черновых поверхностей от чистовых и поверхностей с разной точностью.

Пример с решением №3.10.

Внести изменения в конструкцию вала (рис. 3.16,а). Ее недостатком является трудность обеспечения качественной обработки поверхности кулачка. На рис. 3.16,6 изображена более технологичная конструкция, где точная поверхность кулачка отделена от грубой поверхности вала и условия шлифования его контура постоянной ширина улучшаются.

Совместную обработку в сборе следует избегать Однако не во всех случаях это возможно.

Пример с решением №3.11.

Единственно возможный вариант изготовления соединения вал-ступица является обработка отверстия под штифт при сборке (рис.3.17). В этом случая делается исключение и детали обрабатываются совместно. При этом легче изготавливать и собирать узел, изображенный на рис. 3.17,6, а не приведенный на рис. 3.17,а.

Также наиболее простой вариант изготовления — совместная обработка отверстий под штифты в основании и крышке корпуса редуктора.

Особенности конструкций литых деталей

К оглавлению…

Литые корпуса мощных редукторов в общем машиностроении обычно изготавливаются из чугуна, а у JIA из легких сплавов. Толщина стенки у таких конструкций находится с учетом обеспечения прочности и жесткости. Если механизм малой мощности (до 100 Вт), то в них литые корпуса всегда изготовляются из легких (алюминиевых и магниевых) сплавов. При замене алюминиевого сплава на сталь масса аналогичных по размерам и форме деталей увеличивается почти в три раза. При малых нагрузках, действующих на корпус, берется минимально возможная толщина стенок, которую позволяет обеспечить технология изготовления. Минимальная толщина стенки конструкций из легких сплавов в зависимости от способа литья приведена в табл. 3.1. При использовании других металлов толщина стенки больше, например, у чугуна не менее б мм, а у стали 4 мм.

В единичном или мелкосерийном производстве обычно используют литье в песчаные формы. Для изготовления деталей можно использовать литейные сплавы марок: AЛ2, AЛ3, AЛ9 (алюминиевые); MЛ2, MЛ5, MЛ6 (магниевые); BT5Л, BT6Л (титановые); углеродистые стали (20Л, 45Л), конструкционные легированные (40ХЛ, 40ХНТЛ, 35ХГСЛ) и высоколегированные (2X1ЗЛ, Х9С2Л, Х18Н24С2Л) стали, чугуны (СЧ10, СЧ20, СЧ40) и др.

Механическую обработку нужно свести к минимуму.

Форма заготовки должна быть максимально приближена к форме детали. Необходимо обратить внимание на приемы, связанные с повышением технологичности, что существенно влияет на себестоимость изделия. Эти приемы заключаются в упрощении формы и конструкции детали, замене механической обработки процессом без снятия стружки, исключения пригоночных работ, унификация конструкции, форм, размеров деталей, использования стандартных элементов.

У литых деталей целесообразно отделять черновые поверхности от чистовых. В местах, где поверхность обрабатывается целесообразно предусмотреть припуск К.

Пример с решением №3.12.

Обеспечить минимальную механическую обработку поверхности литой детали. При конструировании у бобышки нужно предусмотреть, выступающей над поверхностью детали припуск К (рис. 3.18,а). Крышку редуктора на поверхности разъема с основанием лучше также делать с припуском, как показано на рис. 3.18,6.

Следует избегать разъема форм по наклонным и ступенчатым поверхностям (рис. 3.19,а), а делать, как показано на рис. 3.19,б. Плоскость разъема основания и крышки корпуса редуктора также должна быть плоской, а не ступенчатой.

Устранение подрезок

Для беспрепятственного извлечения модели из формы нужно, чтобы на поверхности модели не было подрезок — выступов или углублений, расположенных перпендикулярно или наклонно к направлению выемки, которые при извлечении модели срезают отформованные участки. Модель детали (рис. 3.20,а) нельзя вынуть без подрезки из формы в указанном стрелкой Паправлении при литье в землю (подрезаемые участки зачернены). После изменения конструкции (рис. 3.20,6) подрезка устраняется. Подрезаемые участки можно определить, используя правило теней. При освещении детали лучами перпендикулярными к плоскости разъема затененные участки свидетельствуют о наличии подрезок.

Крупные и сложные литые детали целесообразно разделить на части и делать составную конструкцию, что дает дополнительные возможности по устранению подрезок.

Правила конструирования литых деталей:

  • Толщину стенки s рекомендуется по возможности делать постоянной. Толщина внутренних стенок: (для одновременного застывания).
  • Переход от стенки к стенке следует выполнять плавно по радиусу . Плоскости стенок корпусных деталей, соединяющихся под прямым или тупым углом нельзя делать, как показано на рис. 3.21,а (из-за скопления материала у стыка стенок низкое качество литья на этом участке). Стенки должны сопрягаться радиусами , но лучше радиусы делать больше (рис. 3.21,6 и в), что улучшает качество отливки.

Следует избегать соединения под острым углом. Для сопряжения стенок, расположенных под острым углом, вводят дополнительный участок высотой — (рис. 3.22).

Стенки различной толщины нужно соединять клиновыми переходами (рис. 3.23,6), а не делать резких переходов (рис. 3.23,а).

Бобышки соединяют со стенками радиусами или уклонами 1:1 или 1:2 (рис. 3.24).

• Поверхности перпендикулярные к плоскости разъема, для облегчения удаления отливок из формы должны иметь литейные уклоны (0,5…2′). На чертежах стандартные уклоны не проставляются.

• Внешние обводы разъема корпуса рекомендуется снабжать но всему контуру отбортовкой (рис. 3.25,а) для увеличения жесткости, одновременности застывания, равномерности распределения нагрузки при соединении и лучшей герметизации стыка.

• В местах соединений крышки с основанием корпуса (рис. 3.25,6) с помощью резьбовых и штифтовых деталей на корпусе снаружи делают приливы с радиусом и высотой ( — диаметр шпильки, болта, винта или штифта).

Если приливы для болтов и штифтов расположены близко, то их объединяют (рис. 3.25,в).

Наряду с литыми корпусами из легких сплавов находят применение корпуса, полученные механической обработкой и сваркой. Кроме того, их изготавливают из пластмасс, особенно в бытовой технике.

Кстати готовые на продажу задачи тут, и там же теория из учебников может быть вам поможет она.

Другие способы изготовления деталей

К оглавлению…

Кратко рассмотрим особенности конструкций при других способах изготовления. Ряд правил конструирования существует и для деталей, изготавливаемых штамповкой, прессованием, гибкой, вытяжкой. Например, при штамповке для обеспечения правильного течения металла конфигурацию деталей нужно приближать к простым геометрическим симметричным формам и плавно сопрягать друг с другом. Делать закругления при переходе от одной поверхности к другой. Острые кромки притупить до радиуса мм. Детали имеют штамповочные уклоны (0,5…5 ).

Пример с решением №3.13.

Разработать конструкцию рычага из алюминиевого сплава АК8. Конструкция рычага изготовленного штамповкой приведена на рис. 3.26. Он обладает более высокой прочностью, чем аналогичный литой. Однако для изготовления требуются сложные дорогостоящие штампы, что целесообразно использовать лишь при больших сериях.

При гибки алюминиевых листов нужно задавать , а при вытяжке , где — радиус скругленного участка, a — толщина листа.

У деталей из пластмасс острые кромки закругляют = 0.5…1 мм. Радиусы закруглений на наружных и внутренних поверхностях деталей из пластмасс должны быть плавными, что облегчает течение расплава в форме в процессе литья или прессования повышают прочность, уменьшая внутренние напряжения. Эти радиусы . для элементов с резьбой используют металлические футорки, заформованные в изделие. Для повышения прочности изделия армируют или используют композиционные материалы, которые имеют более высокую удельную прочность и жесткость.

Наиболее простой и надежной является сварка встык. На рис. 3.27 показана сварка встык кожуха. Прочность таких соединений близка к прочности основного металла. Также используются нахлесточные, угловые и тавровые соединения угловыми швами.

Пример с решением №3.14.

Улучшить конструкцию углового сварного соединения Ш, приведенного на рис. 3.28,а. В более совершенной конструкции (рис. 3.28,6) устранена трудоемкая операция разделки кромки.

Пример с решением №3.15.

Сделать конструкцию сварного соединения Ш, приведенного на рис. 3.29 более технологичной.

Более качественная конструкция закрепления пальца сваркой приведена на рис. 4.12. В ней палец зафиксирован и сварной шов Ш удален от обрабатываемой поверхности.