Лекции по "Слесарь-ремонтник"

МОЩНОСТЬ – скорость преобразования энергии;

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – объём  работы (продукции, информации), выполняемой в единицу времени;

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ –  доля дошедшей до потребителя энергии (мощности);

ГАБАРИТЫ  – предельные размеры;

ЭНЕРГОЁМКОСТЬ - расход топлива или электричества отнесённый к объёму работы (пройденному расстоянию, произведённой продукции);

МАТЕРИАЛОЁМКОСТЬ  –  количество конструкционного материала машины, обычно отнесённого  к единице  мощности;

ТОЧНОСТЬ – способность максимально  соответствовать заданному положению (скорости и т.п.);

ПЛАВНОСТЬ ХОДА  –  минимальные   ускорения при работе машины.

Условия нормальной работы деталей и машин

Успешная работа деталей  и машин заключается в обеспечении  работоспособности и надёжности.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ деталей и машин определяется как свойство выполнять свои функции с заданными показателями и характеризуется следующими критериями:

ПРОЧНОСТЬ – способность  детали сопротивляться разрушению или  необратимому изменению формы (деформации);

ЖЁСТКОСТЬ – способность детали сопротивляться любой деформации;

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность  сохранять первоначальную форму  своей поверхности, сопротивляясь износу;

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность  сохранять свои свойства при действии высоких температур;

ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

НАДЁЖНОСТЬ определяется как свойство детали и машины выполнять свои функции, сохраняя заданные показатели в течение заданного времени и, по существу, выражает собой перспективы сохранения работоспособности.

В процессе работы  детали и машины подвергаются не только  расчётным нагрузкам, но  и   попадают во внештатные ситуации, которые  трудно предусмотреть, удары,  вибрация, загрязнение. При этом возникает  отказ – утрата  работоспособности вследствие разрушения деталей или нарушения их правильного взаимодействия. Отказы бывают полные и частичные; внезапные (поломки) и постепенные (износ, коррозия); опасные для жизни; тяжёлые и лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуатации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, усталости и старения материалов.

Надёжной можно считать машину, имеющую следующие свойства.

БЕЗОТКАЗНОСТЬ – способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ – способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта.

СОХРАНЯЕМОСТЬ – способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

Надёжность  трудно рассчитать количественно, она обычно оценивается как вероятность безотказной работы на основании статистики эксплуатации группы идентичных машин.

При всей  значимости всех описанных  критериев, нетрудно заметить, что ПРОЧНОСТЬ ЯВЛЯЕТСЯ ВАЖНЕЙШИМ КРИТЕРИЕМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И НАДЁЖНОСТИ.

Невыполнение условия прочности  автоматически делает бессмысленными все другие требования и критерии качества машин.

По типу объектов преобразования и выполняемым функциям различают  следующие виды машин.

Энергетические машины. Это машины, предназначенные для преобразования любого вида энергии (электрической, тепловой, сжатого воздуха, падающей воды и т.д.) в механическую работу и наоборот. В первом случае это машины - двигатели, к которым относятся электродвигатели, тепловые двигатели и двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбины, ядерные и т. д. Во втором случае это машины - генераторы, к которым относятся электрические генераторы, воздушные компрессоры и т. д.

Рабочие машины. Это машины орудия или технологические предназначенные для облегчения или замены физического труда человека. К ним относятся машины для выполнения технологических процессов по преобразованию формы, свойств или состояния обрабатываемого объекта. Такими машинами являются металлорежущие, ткацкие, прядильные, деревообрабатывающие станки, а также сельскохозяйственные, полиграфические, швейные, бумагоделательные, горнодобывающие, пищевые, металлургические машины и др. К этому же виду относятся машины преобразующие положение объекта в пространстве и называемые транспортными машинами. Такими машинами являются автомобили, самолеты, тракторы, локомотивы, лифты, конвейеры, подъемные краны, насосы и т. д.

Информационные машины. Это машины для получения и преобразования информации. К ним относятся математические машины, например ЭВМ, преобразующие информацию в форме чисел по задаваемым алгоритмам. Другой разновидностью этого вида машин являются контрольно - управляющие, преобразующие получаемую от датчиков контрольно - измерительную информацию в сигналы управления энергетическими или рабочими машинами.

 

2. Детали машин. Классификация деталей машин.

Машины состоят из деталей, которые  являются их неотъемлемыми составными частями, каждая из которых изготовлена без применения сборочных операций, например вал.

Число деталей в сложных машинах может измеряться десятками и сотнями тысяч, например, в автомобиле свыше 15 тысяч, в автоматизированных комплексах прокатного оборудования более миллиона данных элементов. Сюда входят также и всевозможные крепежные материалы, такие как дюбеля, саморезы, шурупы, гайки, болты и т.д.

Важное значение имеют и совместно  работающие детали, которые называют узлом или сборочным элементом. Характерными примерами узлов являются редукторы, коробки передач, муфты, подшипники в  собственных  корпусах.

Общая классификация деталей машин.

1. Выполнение машин и их звеньев из различных элементов ведет к необходимости связывания деталей между собой. Отсюда первой группой деталей, как наиболее общей, является группа соединительных деталей и соединений.

Некоторые части деталей и сами данные элементы после их изготовления могут быть соединены постоянно, без последующей разборки. Данное соединение называется неразъемным  и осуществлется посредством  сварки, пайки, клепки. Разъединение невозможно без их разрушения или связано с опасностью их повреждения.

Есть элементы, которые в процессе использования нужно разъединять, например, для осмотра, очистки или  замены. В этих случаях нельзя применять  неразъемные соединения и приходится прибегать к разъемным соединениям, которые осуществляются посредством винтов, шпонок, клиньев и т. п.

2.  Каждая машина состоит из двигательного,  передаточного и исполнительного механизмов.

Наиболее общими для всех машин  являются передаточные механизмы. Двигательные и исполнительные устройства, как правило, имеют большее количество специфических деталей. Передача механической энергии удобнее всего осуществляется при вращательном движении, которое может быть непрерывным и иметь большую скорость.

Для передачи энергии при вращательном движении основное применение имеют: передачи, валы и муфты.

Передачи вращательного движения являются механизмами, предназначенными передавать энергию с одного вала на другой, как правило, с преобразованием, т.е. с уменьшением или увеличением угловых скоростей и с соответственным изменением крутящих моментов.

3.  Вращающиеся детали передачи - зубчатые колеса, шкивы, звездочки - устанавливают на валах. Валы служат для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания указанных деталей. Для поддержания же вращающихся деталей без передачи полезных крутящих моментов служат оси.

Валы соединяют с помощью муфт, которые бывают постоянные, не допускающие их разъединения при работе машин, и сцепные, допускающие сцепление и расцепление валов.

Валы и оси вращаются в подшипниках. Последние делятся на подшипники скольжения и качения.

4.  Для реорганизации различного рода движений, осуществления движений с заданным законом изменения скорости и движения со сложной траекторией применяют рычажные и кулачковые механизмы: кривошипы, шатуны, коромысла, призмы, кулисы, ползуны.

5.  Для многих машинных устройств используют элементы упругие в виде пружин и рессор. Их применяют: для защиты от вибраций и ударов, особенно широко в транспортных машинах - автомобилях, вагонах и др.; для накопления энергии - пружины заводные в часах и других механизмах; для осуществления обратного хода в кулачковых и других механизмах; для создания натяга и т. д.

6.  Для увеличения равного движения и уравнивания машинных деталей, а также для того, чтобы накопить энергию необходимую в процессе роста силовых ударов или для ее восприятия (в машинах ударного действия) применяют детали, использующие для выполнения своих функций массу - маховики, маятники, грузы, бабы, шаботы.

 

2.1.3. Валы и оси.

Колёса передач установлены  на специальных продолговатых деталях  круглого сечения. Среди таких деталей  различают оси и валы.

Вал – это деталь машины предназначенная для передачи крутящего момента вдоль осевой линии.

Ось – деталь, служащая для поддержания вращающихся деталей, но не передающая полезный крутящий момент.

Формы валов и осей весьма многообразны от простейших цилиндров до сложных  коленчатых конструкций. Форма вала определяется распределением изгибающих и крутящих моментов по его длине. Правильно спроектированный вал представляет собой балку равного сопротивления.

Валы и оси вращаются, а следовательно, испытывают знакопеременные нагрузки, напряжения и деформации. Поэтому  поломки валов и осей имеют  усталостный характер.

 

 
Опоры валов и осей – подшипники.

Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами.  Название "подшипник" происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и  устанавливаются.

Назначение подшипника состоит  в том, что он должен обеспечить надёжное и точное соединение вращающейся (вал, ось) детали и неподвижного корпуса. Следовательно, главная особенность работы подшипника – трение сопряжённых деталей.

По характеру трения  подшипники разделяют на две большие группы:

Подшипники скольжения (трение скольжения);

Подшипники качения (трение качения).

 

Подшипники скольжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основным элементом таких подшипников является вкладыш из антифрикционного материала или c антифрикционным покрытием. Вкладыш устанавливают (вкладывают) между валом и корпусом подшипника.

Трение скольжения безусловно больше трения качения, тем не менее, достоинства подшипников  скольжения заключаются в многообразных областях использования:

• в разъёмных  конструкциях (см. рисунок);
• при больших скоростях вращения (газодинамические подшипники в турбореактивных двигателях  при n > 10 000 об/мин);
• при необходимости точного центрирования осей;
• в машинах очень больших и очень малых габаритов;
• в воде и других агрессивных средах.

Недостатки – трение и потребность в дорогих антифрикционных материалах.

Характерные дефекты и поломки  подшипников скольжения вызваны  трением: температурные дефекты (заедание и выплавление вкладыша); абразивный износ; усталостные разрушения вследствие пульсации нагрузок.

Принцип устройства подшипниковых узлов скольжения состоит в том, что между корпусом и валом устанавливается тонкостенная втулка из  антифрикционного материала, как правило, бронзы или бронзовых сплавов, а для малонагруженных механизмов из пластмасс.

Для правильной работы подшипников  без  износа поверхности цапфы  и втулки должны быть разделены слоем  смазки достаточной толщины. В зависимости  от режима работы подшипника в нём может быть:

жидкостное трение, когда рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина которого больше суммы высот шероховатости поверхностей; при этом масло воспринимает внешнюю нагрузку, изолируя вал от вкладыша, предотвращая их износ. Сопротивление движению очень мало;

полужидкостное трение, когда неровности вала и вкладыша могут касаться друг друга и в этих местах происходит их схватывание и отрыв частиц  вкладыша. Такое трение приводит к абразивному износу даже без попадания пыли извне.

Наиболее опасным является момент пуска механизма, т.к. в покое  вал опускается ("ложится") на вкладыш  и при начале движения неизбежно  сухое трение.

 

Подшипники качения

Принцип их конструкции заключается  в наличии между валом и  корпусом группы одинаковых круглых тел, называемых телами качения [2,28].