Реферат
Виконав студент групи М-118 Кухтарева А.Ю.
Запорізький національний технічний університет
Введення
З історії технічної еволюції ми знаємо, що освоєння деяких субстанцій призводило до стрибків у розвитку техніки, тобто до технічних революцій. Дійсно, кожного разу, коли техніка опановувала речовиною, енергією або інформацією на новому рівні, відбувалося стрибкоподібне збільшення її ефективності - з'являлася можливість перекласти на машини ті види діяльності, якими колись змушений був займатися людина
Конструювання машин - творчий процес з властивими йому закономірностями побудови і розвитку. Основні особливості цього процесу полягають у багатоваріантності рішення, необхідність узгодження прийнятих рішень з загальними і специфічними вимогами, що пред'являються до конструкцій, а також з вимогами відповідних ГОСТів, що регламентують терміни, визначення, умовні позначення, систему вимірювань, методи розрахунку і т. п.
Деталі, вузли, машини виготовляють за кресленнями, виконаним на основі проектів - сукупності розрахунків, графічних матеріалів та пояснень до них, призначених для обгрунтування та визначення параметрів конструкції (кінематичних, динамічних, геометричних та ін), її продуктивності, економічної ефективності. Для особливо відповідальних конструкцій проект доповнюють макетом або діючою моделлю.
Стадії розробки конструкторської документації та етапи робіт встановлені ГОСТ 2.103-68. Він узагальнює досвід, накопичений в передових країнах з проектування машин, приладів і апаратів.
З огляду на характер формулювання завдання і точку входу в робочий план, ми можемо виділити такі різновиди конструювання.
Перша стадія - розробка технічного завдання - документа, що містить найменування, основне призначення, технічні вимоги, показники якості, економічні показники та спеціальні вимоги замовника до виробу.
Технічне завдання розробляють на основі вимог замовника з урахуванням досягнень і технічного рівня вітчизняних і зарубіжних конструкцій, патентного пошуку, а також результатів науково-дослідних робіт та наукового прогнозу.
Друга стадія - розробка технічної пропозиції - сукупності конструкторських документів, що обгрунтовують технічну і техніко-економічну доцільність розробки вироби на основі пропозицій в технічному завданні, розгляду варіантів можливих рішень з урахуванням досягнень науки і техніки в країні і за кордоном, патентних матеріалів, можливостей машинобудівних заводів галузі і суміжних галузей. Технічна пропозиція затверджується замовником і генеральним підрядником.
Третя стадія - розробка ескізного проекту - сукупності конструкторських документів, що містять принципові конструкторські рішення і розробки загальних видів креслень, що дають уявлення про пристрій розроблюваного виробу, принцип його дії, габаритах і основних параметрах. Сюди входить пояснювальна записка з необхідними розрахунками.
Четверта стадія - розробка технічного проекту - сукупності конструкторських документів, що містять остаточне рішення і дають повне уявлення про пристрій вироби. Креслення проекту складаються із загальних видів і складальних креслень вузлів, отриманих з урахуванням досягнень науки і техніки на рівні роботи вузлів. На цій стадії розглядаються питання надійності вузлів, відповідність вимогам техніки безпеки, умов зберігання і транспортування і т. д.
П'ята стадія - розробка робочої документації - сукупності документів, що містять креслення загальних видів, вузлів і деталей, оформлених так, щоб по них можна було виготовляти вироби і контролювати їх виробництво та експлуатацію. На цій стадії розробляються конструкції деталей, оптимальні за показниками надійності, технологічності та економічності.
Підрозділ процесу конструювання на різні фази та етапи істотно полегшує "роботу на окремих етапах, але при цьому виявляє чітко видимі розриви, подолання яких вимагає використання більш-менш довільних зіставлень. Сукупність цих зіставлень, крім можливості утворення варіантів, створює також уявне простір об'єктів конструювання, по якому проходить багато шляхів, що ведуть до різних рішенням однієї і тієї ж задачі. Можна, звичайно, намагатися: діяти в цьому просторі, керуючись механічно виконуваними правилами (алгоритмами), однак набагато корисніше тут збірки випробуваних рішень для окремих приватних функцій, наприклад конструкторські каталоги.
Вимоги до конструкторських каталогах
Щоб конструкторські каталоги були вільні від довільності, характерною для неформальних збірок рішень, мали широкий спектр застосування, а також поєднувалися з новими методами конструювання, вони повинні відповідати наступним вимогам:
забезпечувати швидку вибірку інформації в зручній формі і задовольняти запити широкого кола користувачів;
добре вписуватися в процес конструювання;
не містити протиріч як всередині одного каталогу, так і між різними каталогами;
узгоджуватися з положеннями та процедурами методичного конструювання;
володіти максимальною повнотою у відповідній області;
забезпечувати можливість розширення і зміни змісту при незмінних принципах організації матеріалу і містити відомості про ці принципи.
І корисність таких каталогів, і трудомісткість їх складання цілком очевидні. Так, прагнення до максимальної повноти вимагає особливо бездоганною, верифікується термінологічної структури класифікаційних принципів.
Як збірки рішень, так і конструкторські каталоги можна з великою користю застосовувати при конструюванні - вони часто акумулюють відомості з багатьох, в тому числі малодоступних, джерел інформації, сприяють раціоналізації конструювання і, нарешті, часто спонукають конструктора до пошуку нетривіальних рішень. Крім того, вони полегшують синтез конструкцій, який, no-суті, є не що інше, як складання спільного рішення з малої кількості оригінальних і великого числа відомих приватних рішень. Чим елементарніше рівень цих рішень, тим швидше вони виявляться вже відомими в техніці, і тим менше їх ймовірне загальне число. Тим самим з'являється можливість зібрати постійно зустрічаються елементарні рішення, щоб одноманітно і максимально повно описати їх в добре осяжній формі в каталозі. Кожне з цих елементарних рішень буде представляти ціле сімейство споріднених варіантів, подібно до того, як вихідний профіль рейки представляє всі зубчасті колеса з числом зубів від - ∞ до + ∞
Елементарні рішення, в нашому розумінні, - це не що інше, як різні варіанти реалізації основних переходів - від функціонального положення до ідеальним функцій, від ідеальних функцій - до ефектів, від ефектів - до структурних елементів - носіям ефектів, від структурних елементів - до контурним (геометричним) елементів (тобто деталей або групам деталей), і, нарешті, від деталей - до певних способів їх виготовлення
Широке використання ЕОМ на всіх стадіях проектування необхідно, щоб позбавити конструктора від виконання трудомістких розрахунків, багатофакторного аналізу і великого обсягу графічних робіт.
При конструюванні необхідно піклуватися про технічної естетики. Між поняттями краса в інженерному сенсі і раціональність конструкції є зв'язок.
Раціональні конструкції здаються, і красиві конструкції виявляються раціональними.
Розрахунки деталей машин при конструюванні. Для попереднього визначення розмірів деталей застосовують спрощені умовні розрахунки, наприклад, за номінальними напруженням, що дозволяють в зручній формі узагальнювати досвід конструювання. Ці ж розрахунки застосовують, як основні, для маловідповідальних деталей.
В якості остаточних, застосовують розрахунки за критеріями працездатності і надійності, досить точно відображає фізичні явища, що виникають при роботі машини.
Загальна структура конструкторських каталогів
Ясно, що застосовувати конструкторські каталоги набагато легше, якщо їх структура однакова і відповідна термінологія точна. Особливо гарні в цьому відношенні "одномірні" і "двовимірні" каталоги. Угруповання змісту каталогу відповідає в першому випадку одномірної, а в другому - двовимірної класифікації.
Вибір матеріалу і термообробки деталей машин визначається конструктивними міркуваннями (забезпечення надійності), технологічними (одиничне, серійне, масове виробництво) і економічними.
Для виготовлення деталей машин широко застосовують сталі і чавуни, а також алюмінієві, магнієві, титанові та мідні сплави.
С Т А Л І -
Сталями називають железоуглеродістиє сплави із вмістом вуглецю до 2%. У порівнянні з іншими матеріалами стали мають високу міцність, пластичність, добре обробляються термічно, хіміко-термічно і механічно.
Загальна характеристика. Залежно від змісту вуглецю стали поділяють на низьковуглецеві (С ≤ 0,25%), середньовуглецеві (С = 0,25 ÷ 0,6%) і високовуглецеві (С> 0,6%). Зі збільшенням змісту вуглецю зростає міцність і знижується пластичність. У позначенні марки сталі середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка показують перші дві цифри (наприклад, сталь 45 містить 0,45% вуглецю).
Для поліпшення властивостей (механічних, корозійних, теплових і ін) сталей застосовують легуючі присадки (в дужках вказані літерні позначення присадок в марці сталі): вольфрам - (В)
марганець - (Г)
мідь - (Д)
молібден - (М)
нікель - (Н)
бор - (Р)
кремній - (З)
титан - (Т)
хром - (X)
ванадій - (Ф)
алюміній - (Ю)
Процентний вміст у сталі легуючих присадок вказують цифрами після букви (наприклад, сталь 12Х2Н4А містить в середньому 0,12% вуглецю, 2% хрому і 4% нікелю). За способом виробництва вуглецеві сталі поділяють на сталі звичайної якості і стали якісні конструкційні, а леговані сталі - на якісні, високоякісні (в кінці позначення марки стали міститься літера А, наприклад, ЗОХГСА) і особливо високоякісні.
З вуглецевих сталей звичайної якості для виготовлення невідповідальних деталей (корпусів, кріплення та ін) найбільш часто використовують мартенівські сталі, що позначаються буквами Ст та номерами у порядку зростання міцності (від СТО до ст7, починаючи зі сталі Ст4 номер відповідає 0,1 σв min.; σв min. - мінімальне значення межі міцності сталі).
Леговані стали дорожчими вуглецевих. Вони, а також якісні вуглецеві сталі мають високу міцність (σв = 800 ÷ 1400 МПа) при масовій щільності ρ = 7,8 г/см3 і є основними матеріалами для виготовлення різних відповідальних деталей машин (зубчастих коліс, валів і т. п.) .
Термічна обробка. Для додання стали певних властивостей (високої міцності, пластичності і т. д.) виконують термічну обробку заготовок або готових деталей, яка складається з трьох послідовних стадій: нагрівання до необхідної температури з певною швидкістю, витримки при цій температурі протягом необхідного часу і охолодження з заданою швидкістю.
Найбільш поширені чотири процесу термічної обробки: відпал, нормалізація, гарт і відпустку.
Відпал, характеризується повільним охолодженням (разом з піччю або на повітрі) після нагріву і витримки при деякій температурі деталей і заготовок, проводять для зниження твердості і поліпшення оброблюваності різанням виливків, прокату і поковок з вуглецевих легованих сталей, а також для зняття залишкових напружень у конструкціях після зварювання або попередньої (чорновий) обробки різанням. Для вуглецевих і вуглецевих легованих сталей проводять повний відпал - нагрівання до температури, що перевищує на 30-50 ° С температуру перетворення об'ємно-центрованої решітки заліза в гранецентрированную кубічну решітку (зазвичай 800-900 ° С), витримку при цій температурі, повільне охолодження до 400 -600 ° С разом з піччю і далі на повітрі. Для низьковуглецевих високолегованих сталей 12Х2Н4А, 20Х2Н4А та ін, використовуваних для виготовлення зубчастих коліс, застосовують низькотемпературний (високий) відпал при температурі 650 - 670 ° С і повільне охолодження (найчастіше на повітрі). Використовують і інші види відпалу, які відрізняються від високого відпалу температурою нагріву і швидкістю охолодження.
Нормалізація відрізняється від повного відпалу характером охолодження, яке після витримки виробляють на повітрі. Її застосовують для отримання однорідної структури з більш високою твердістю і міцністю, ніж після відпалу, для виправлення структури зварних швів, вирівнювання структурної неоднорідності поковок і відливань, а також для поліпшення оброблюваності різанням сталей.
Загартування відрізняється від повного відпалу і нормалізації високою швидкістю охолодження заготовок або деталей після нагріву до температури перетворення і витримки при цій температурі. Висока швидкість охолодження досягається за рахунок використання в якості охолоджуючої середовища води, масла, водних розчинів солей NaOH, NaCl та ін У результаті метал набуває дрібнозернисту однорідну структуру з високою твердістю, міцністю, зносостійкістю, корозійною стійкістю, але зниженою пластичністю і більш важкою оброблюваністю різанням .
Загартовування широко використовують для обробки виливків, поковок, штамповок і оброблених деталей з середньо-і високовуглецевих і легованих сталей для отримання високих експлуатаційних характеристик.
Існує ряд різновидів об'ємної гарту, що відрізняються умовами і характером швидкого охолодження.
Широко застосовують поверхневу загартування - нагрівання з великою швидкістю поверхневого шару сталевої деталі (струмами високої частоти, електронним променем і ін) вище температури перетворень і подальше швидке охолодження з отриманням дрібнозернистої структури в поверхневому шарі певної товщини. При поверхневому загартуванню жолоблення (деформація) деталей менше, ніж при об'ємною.
Поверхневому загартуванню піддають деталі машин (зуби коліс, кулачки, вали і ін), виготовлені з вуглецевих і низьколегованих сталей марок 40, 45, 50, 40Х 40ХН 45Х і ін
Висока твердість і міцність поверхневих шарів деталей після поверхневого гарту забезпечують їм високу зносостійкість і контактну міцність.
Відпустка - нагрівання до температури нижче інтервалу перетворень, витримка і подальше охолодження для підвищення в'язких властивостей, зменшення термічних залишкових напружень та покращення оброблюваності різанням. Зазвичай застосовують після гарту (нормалізації) сталевих виливків, поковок, прокату і механічно оброблених деталей.
Залежно від температури нагрівання розрізняють високий відпустку (температура нагріву 500-670 ° С), середній відпустку (250-450 ° С) і низький відпустку (140-230 ° С). Зі збільшенням температури нагріву підвищується пластичність стали після відпустки.
Хіміко-термічна обробка. При хіміко-термічній обробці змінюється хімічний склад поверхневих шарів деталей, що дозволяє отримати дрібнозернисту структуру, високу твердість, міцність і зносостійкість деталей.
Існує ряд способів такої обробки: цементація - насичення поверхневих шарів сталі вуглецем; азотування - насичення азотом; ціанування - одночасне насичення вуглецем і азотом; борирование - насичення бором і ін Глибина насичення невелика, звичайно 0,2 - 1 мм.
Цементації піддають деталі з низьковуглецевих легованих сталей 15, 20Х, 12Х2Н4А, 12ХНЗА, 18Х2Н4МА та ін Для виготовлення азотіруемих деталей зазвичай використовують сталі 38Х2МЮА, 38Х2Ю та інші, а для ціаніруемих деталей - сталі марок 15, 20, 45, 35х, 40Х и ін
Ч У Г У М И -
Чавунами називають железоуглеродістиє сплави із вмістом вуглецю понад 2%. Чавуни мають високі ливарні і невисокі пластичні властивості в порівнянні зі сталями.
У залежності від структури чавуни підрозділяють на білі, ковкі і сірі.
Білий чавун, що володіє високою твердістю і крихкістю, обробляють різанням твердосплавним інструментом. Використовують для виготовлення гальмівних колодок та інших деталей, що взаємодіють з абразивом.
Ковкий чавун застосовують для деталей, одержуваних литтям, і не обробляють тиском через низьку пластичності. Він має високу міцність (σв = 300 ÷ 630 МПа).
Сірий чавун є основним ливарним матеріалом у машинобудуванні. Його використовують для виготовлення деталей складної конфігурації при відсутності жорстких вимог до габаритів і масі (зубчасті колеса, вали, деталі корпусів, шківи пасових передач і т. д.). Має високі ливарні властивості, середню міцність (σв <400 МПа), задовільну зносостійкість, високу демпфуючу здатність, добре обробляється різанням.
Сірий чавун позначається літерами СЧ і двозначною цифрою, що показує поділені приблизно на 10 значення границі міцності при розтягуванні в МПа (наприклад, СЧ 15 означає сірий чавун з межею міцності при розтягуванні 150 МПа).
Найбільше застосування мають чавуни СЧ15 і СЧ20, використовувані для одержання виливків середньої міцності, їх масова щільність ρ = 7 г/см3.
М Е Д Н И Е З К Л А В И -
Мідні сплави поділяють на латуні та бронзи.
Латуні поділяють, у свою чергу, на подвійні (сплави міді та цинку) і багатокомпонентні (містять додатково свинець, кремній, марганець та ін.)
Латуні мають хороші технологічні властивості (обробляються тиском, різанням, литтям), достатню міцність (σв = 250 ÷ 350 МПа), гарний опір корозії. Вартість латуні в 5 разів і більше перевищує вартість якісної сталі.
Латунь в своєму позначенні містить букву О, наприклад, Л59, Л62, Л90 та ін
У машинобудуванні основне застосування мають складні латуні ЛКС80-3-3, ЛМцС58-2-2 та ін, використовувані у вузлах тертя, а також для виготовлення арматури і т. д.
Бронзи, крім основи - міді, містять компоненти, що визначають їх найменування. Розрізняють бронзи оловяністих, свинцюваті, алюмінієві, берилієві та ін
Бронзи мають високі антифрикційні властивості, корозійну стійкість і технологічні властивості (маються на увазі ливарні бронзи і бронзи, оброблювані тиском - алюмінієві, берилієві, кременисті та ін.)
Будучи найважливішим і дорогим (приблизно в 10 разів дорожче сталі) антифрикційним матеріалом, бронзи широко застосовують в підшипниках ковзання, в черв'ячних і гвинтових колесах і ін Бронзи позначають буквами Бр, буквами, що показують наявність основних компонентів крім міді (А - алюміній, Б - берилій, Ж - залізо, К - кремній, О - олово, Ц - цинк, Ф - фосфор тощо), і цифрами, що показують середній вміст у% відповідних компонентів. Наприклад, БрАЖ9 - 4 - це позначення марки бронзи з середнім вмістом алюмінію 9% і заліза 4%.
Б А Б Б І Т И -
Бабіти - сплави на основі олова, свинцю і кальцію є високоякісними добре прірабативающіміся антифрикційними підшипниковими матеріалами. Їх позначають буквою Б і цифрою, що виражає зміст у відсотках олова, або буквою, яка б показала додатковий компонент.
Дуже висока вартість бабітів (в 20 разів і більше перевищує вартість якісної сталі) обмежує області їх використання.
А Л Ю М І Н І Е В И Е З К Л А В И -
Алюмінієві сплави (ливарні АЛ і деформуються) мають щільність ρ = 2,6 ÷ 2,9 г/см3 (майже в 3 рази меншу, ніж сталі) і питому міцність, приблизно рівну питомої міцності сталі.
Основними ливарними сплавами є сплави з кремнієм - силуміни (АЛ2, АЛ4, АЛ5, АЛ9 та ін), які мають після гарту σв = 170 ÷ 250 МПа. Маючи високі ливарні властивості і хорошою оброблюваністю різанням, вони широко застосовуються для виготовлення складних деталей корпусів машин.
Деформуємі сплави марок АМц, Амг та ін (термічно неупрочняемие), а також термічно зміцнюється сплави алюмінію з міддю і магнієм (дуралюмина Д1, Д16 і ін) мають σв = 350 ÷ 430 МПа і використовуються для виготовлення обробкою тиском і різанням корпусів, трубопроводів, заклепок, сепараторів підшипників та інших деталей машин (особливо транспортних).
М А Г Н І Е В И Е З К Л А В И -
Основне застосування завдяки малій щільності (ρ = 1,8 г/см3) і високим ливарним властивостями мають ливарні сплави МЛ (МЛЗ, МЛ4, МЛ5 та ін), які після термообробки дають σв = 200 ÷ 230 МПа, σт = 150 ÷ 180 МПа.
Їх застосовують для виготовлення деталей агрегатів корпусів.
Т І Т А Н О В И Е З К Л А В И -
Сплави титану з алюмінієм і міддю і іншими присадками (ВТЗ-1, ВТ5, ВТ9, ВТ16, ВТ22 та ін) мають після термообробки високу міцність (σв = 900 ÷ 1300 МПа) і малу щільність (ρ = 4,5 г/см3 ), високу корозійну стійкість. Їх використовують для виготовлення корпусів, трубопроводів, кріпильних деталей, заклепок і інших деталей виробів авіаційно-космічній техніки, суднобудування, хімічної та харчової промисловості.
П Л А С Т М О З З И -
Це матеріали на основі високомолекулярних органічних сполук (смол), які є сполучними. Вони мають 40 - 70% «несучих» компонентів (наповнювача) у вигляді волокон (текстильних, скляних, азбестових), тканини, паперу, муки (деревної, мінеральної) та ін Завдяки малої щільності (ρ = 1,1 ÷ 2,3 г/см3), високої корозійної стійкості і порівняно високої міцності (σв = 60 ÷ 300 МПа) пластмаси застосовують (часто замість металів) для виготовлення корпусів, черв'ячних коліс і т. д.
До числа найбільш поширених матеріалів відносяться:
а) термореактивні шаруваті пластмаси: текстоліт (наповнювач - бавовняна тканина), гетинакс (наповнювач - аркуші паперу), асботекстоліт, склопластики і древопластікі;
б) термореактивні пластмаси (волокна, фенопласт та ін), які використовуються для виготовлення пресуванням рукояток, шківів, маточин коліс і інших деталей виробів побутової техніки;
в) термопластичні пластмаси (органічне скло - плексиглас, вініпласт, фторопласт та ін) використовуються для виготовлення скла, труб, захисних плівок і ін;
г) поліаміди (капрон, найлон та ін) застосовують для формування деталей складної конфігурації (ремені, зубчаті колеса та ін.)
Р Е З І Н А -
Матеріал на основі натурального або штучного каучуку має високу пружну податливість (малу жорсткість), добре гасить коливання, чинить опір стирання і т. д.
У залежності від призначення гума виготовляється м'якою (для шин), пористої (для амортизаторів) і жорсткої (ебоніт - для виготовлення електротехнічних виробів).
Для підвищення несучої здатності гумотехнічних виробів їх «армують» текстильними або сталевими елементами (тканиною, шнурами, стрічкою). Таку гуму використовують для виготовлення автопокришок, ременів, рукавів і ін
Список літератури
Ануров В.І. Довідник конструктора машинобудівника. -М., 1979. Т. I і П.
Біргер І.А., Шор Б.Ф., Іосілевіч Г.Б. Розрахунок на міцність деталей машин. -М., 1979.-704с.
Гузенко П. Г. Деталі машин. М., 1986.
Деталі машин: Довідник / За ред. Н. С. Ачеркан. -М., 1968. Т. I, II і III.
Деталі машин: Навч. Д. Н. Решетова. -М., 1992.
Дьяченко С.К., Столбовий С.З. Деталі машин (атлас). -Київ, 1964.
Деталі машин / В. А. Добровольський, К. І. Заблонскій, С. Л. Зак та ін-М., 1972.
Дмитрієв В. А. Деталі машин. -М., 1970.
Тертя, зношування і мастило. Довідник / За ред. Й. В. Крагельська і У. У. Алісина. -М., 1978. Т. I і II.
ІвановМ. Н., Іванов В. М. Деталі машин: Курсове проектування .- М., 1975.
Кудрявцев В. Н. Деталі машин. -М., 1980.
Орлов П. І. Основи конструирования. М., 1977. Т. I, II і III.
Підшипники кочення: Довідник / За ред. В. М. Наришкіна і Р. В. Коросташевского. М., 1984.
Решетов Д. Н. Деталі машин. М., 1989. -496с.
Феодос'єв В. І. Опір матеріалів. М., 1981.
Якушев А. І. Взаємозамінність, стандартизація і технічні вимірювання. М.. 1974.