Детали машин. Краткий курс, практические занятия и тестовые задания


        ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ


     серия основана в 1 996 г.





В.П. ОЛОФИНСКАЯ





                ДЕТАЛИ МАШИН




КРАТКИЙ КУРС, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ И ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

4-е издание, исправленное и дополненное



                               Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по немашиностроительным направлениям подготовки (квалификация (степень) «бакалавр») (протокол № 17 от 11.11.2019)

Москва

2020

ИНФРА-М

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73

    О55



     Рецензенты:
        Сафонова И.Н., председатель комиссии общетехнических дисциплин (Королёвский колледж космического машиностроения и технологий);
        Соломатина Е.М., преподаватель технической механики (колледж «Русский университет инноваций»)





      Олофинская В.П.
О55 Детали машин. Краткий курс, практические занятия и тестовые задания : учебное пособие / В.П. Олофинская. — 4-е изд., испр. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 232 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

         ISBN 978-5-00091-726-8 (ФОРУМ)
         ISBN 978-5-16-015983-6 (ИНФРА-М)

        В учебном пособии «Детали машин. Краткий курс...» рассмотрены основные вопросы дисциплины в объеме, соответствующем требованиям федеральных государственных образовательных стандартов для вузов немашиностроительных специальностей.
        Рассмотрены основы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц общего назначения. В разделе I представлены рекомендуемые практические занятия по курсу. В разделе II представлены тестовые задания для контроля знаний по курсу. По каждой теме предлагается пять вариантов заданий. Приведены справочные данные для расчетов и ответы на вопросы тестовых заданий.


УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73





















ISBN 978-5-00091-726-8 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015983-6 (ИНФРА-М)


© Олофинская В.П., 2020
© ФОРУМ, 2020

            Предисловие








   По программе дисциплины «Детали машин» студенты изучают типовые расчеты деталей и сборочных единиц общего назначения, выполняют расчетно-графические и лабораторные работы. Полученные знания используются при выполнении курсовых работ и других проектов по специальным дисциплинам.
   Пособие состоит из трех разделов:
   • раздел I «Детали машин. Краткий курс»; «Практические задания»;
   • раздел II «Тестовые задания»;
   • раздел III «Приложение».
   В пособии «Детали машин. Краткий курс...» рассмотрены основные вопросы дисциплины в объеме, соответствующем требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) для вузов немашиностроительных специальностей.
   Требования к знаниям и умениям студентов представлены в каждой теме дисциплины.
   По каждой теме приводятся следующие сведения:
   • достоинства и недостатки передач и соединений;
   • области применения;
   • геометрические характеристики;
   • критерии работоспособности и причины выхода из строя;
   • основные расчетные формулы и физический смысл входящих коэффициентов.
   Объем материала, представленного в пособии «Детали машин. Краткий курс», достаточен для выполнения практических работ и тестовых заданий. Пособие содержит большое число рисунков и схем, облегчающих усвоение курса.
   Тема «Общие сведения о редукторах» помещена после тем «Валы и оси» и «Подшипники», что позволяет лучше оценить конструкцию редуктора. В конце раздела 1 приводятся образцы пяти практических занятий по основным разделам. Приводятся варианты заданий для студентов.
   Предлагаемые в тестовых заданиях вопросы направлены на подготовку студентов к выполнению самостоятельных расчетных работ.
   Особое внимание уделяется проверке знаний назначения, основных характеристик, причин выхода из строя и критериев работоспособности деталей и сборочных единиц машин. Для стандартных (нормализован

Предисловие

ных) деталей и узлов проверяются знание критериев их работоспособности, умение подбора их по стандартам и проверки на прочность.
   Форма вопросов дает возможность использовать карты тестовых заданий для контроля знаний на занятиях в аудитории, перед выполнением лабораторных и практических работ и для текущей аттестации студентов по темам курса. Тесты не содержат сложных расчетов и не требуют значительного времени на выполнение заданий.
   По основным темам курса предлагается по пять вариантов тестов, каждый вариант содержит по пять вопросов (как теоретических, так и расчетных), каждому вопросу соответствуют четыре ответа, один из которых верный.
   Уровень сложности предлагаемых тестовых заданий позволяет использовать их при текущем контроле знаний студентов высших учебных заведений для специальностей немашиностроительного профиля. Пособие будет полезно для самостоятельной работы студентов и для студентов-заочников при подготовке к экзаменам.
   В разделе «Приложение» помещены справочные данные, необходимые для расчетов по темам и ответов на вопросы тестовых заданий.
   Решение некоторых задач требует знаний по расчетам на прочность и жесткость, что устанавливает преемственную связь с курсом «Сопротивление материалов».
   Автор выражает глубокую благодарность И.Н. Сафоновой и Е.М. Соломатиной за помощь при подготовке рукописи к изданию.

            Краткие методические указания к изучению материала






   Учебная дисциплина «Детали машин» обеспечивает базовые знания основ расчета и конструирования деталей и сборочных единиц (узлов) общего назначения.
   При изучении дисциплины «Детали машин» в учебных заведениях используют различные обозначения для одних и тех же величин и приводят несколько отличные значения расчетных коэффициентов, что вызывает затруднения при составлении единых тестов. В настоящем пособии используются обозначения и данные для расчетов, помещенные в энциклопедии «Машиностроение» (т. 4—1: Детали машин. Конструкционная прочность, трение, износ, смазка / Под общ. ред. Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1995). Условные обозначения представлены в последовательности изложения материала.

   Зубчатые передачи
   и — передаточное число;
   ® — угловая скорость, рад/с;
   n — частота вращения, мин⁻¹;
   P — мощность, Вт, кВт;
   ц — коэффициент полезного действия (КПД);
   T — вращающий момент, H • м, кН • м;
   Д — диапазон регулирования вариатора;
   Ft — окружная сила, H, кН;
   Fᵣ — радиальная сила, H, кН;
   Fₐ — осевая сила, H, кН;
   Fₙ — нормальная сила, H, кН;
   f — коэффициент трения скольжения;
   d, D — диаметр колес (шкивов), мм;
   b — ширина колес, мм;
   aw — межосевое расстояние, мм;
   m — модуль зубьев, мм;
   mₙ — нормальный модуль зубьев, мм;
   mₜ — торцовый модуль зубьев, мм;
   а — угол зацепления, °;
   pₜ — шаг зубьев (окружной), мм;
   Р — угол наклона зубьев, °;

Краткие методические указания к изучению материала

   dₑ — внешний делительный диаметр конического колеса, мм;
   d — средний делительный диаметр конического колеса, мм;
   Rₑ — внешнее конусное расстояние конического колеса, мм;
   R — среднее конусное расстояние конического колеса, мм;
   mₑ — внешний окружной модуль зубьев, мм;
   m — средний модуль зубьев, мм;
   KH — коэффициент нагрузки при расчете по контактным напряжениям;
   KF — коэффициент нагрузки при расчете на изгиб;
   оHₗᵢₘb — предел контактной выносливости, МПа;
   оFₗᵢₘb — предел выносливости материала при изгибе, МПа;
   Vbₐ — коэффициент ширины колеса по межосевому расстоянию;
   Vbd — коэффициент ширины колеса по диаметру;
   Yf — коэффициент формы зуба при расчете на изгиб;
   A — площадь поперечного сечения, мм²;
   W — осевой момент сопротивления сечения, мм³;
   Wₚ — полярный момент сопротивления сечения, мм³;
   [оH] — допускаемое контактное напряжение, МПа;
   [оF] — допускаемое напряжение изгиба, МПа;
   оF — нормальное напряжение изгиба, МПа;
   оH — контактное напряжение, МПа;
   E — модуль упругости, МПа;
   Eпр — приведенный модуль упругости, МПа;
   р — радиус кривизны поверхности, мм;
   рпр — приведенный радиус кривизны, мм;
   р. — коэффициент поперечной деформации;
   q — нормальная нагрузка по длине контактной линии, H/мм;
   51, 5₂ — углы делительных конусов, °.

   Червячная передача
   z1 — число заходов червяка;
   q — число модулей в делительной окружности колеса (коэффициент диаметра);
   у — угол подъема винтовой линии червяка, °.

   Ременные передачи
   о1, о₂ — напряжения в сечениях ремня при передаче нагрузки, МПа;
   а1, а₂ — угол обхвата ремнем шкивов, °;
   [k] — допускаемое полезное напряжение, МПа;
   k0 — приведенное полезное напряжение, МПа;
   k — полезное напряжение, МПа;
   Ф — коэффициент тяги;

Краткие методические указания к изучению материала

7

   Сэ; Cа; C ; Cₚ — расчетные коэффициенты;
   е — коэффициент скольжения в передаче.

   Цепная передача
   t — шаг цепи, мм;
   рц — среднее давление в шарнире, Н/мм², МПа;
   [рц] — допускаемое среднее давление в шарнире, МПа;
   Kэ — коэффициент эксплуатации.

   Ведущие детали передач обозначают нечетными номерами, ведомые — четными. Другие необходимые обозначения величин приводятся в тексте.
   При изучении материала раздела I следует обращать внимание на приведенные требования к минимуму содержания и уровню подготовки студентов технических специальностей. Знания основных вопросов курса проверяются в тестовых заданиях.
   Рекомендуется использовать справочные данные, помещенные в Приложении.

                    Раздел I Детали машин. Краткий курс



Часть 1
ПЕРЕДАЧИ





Глава 1


            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ






       Знать кинематические и силовые соотношения в передаточных механизмах, формулы для расчета передаточного отношения, КПД, вращающего момента для всех ступеней многоступенчатого привода.
       Уметь выбрать тип механической передачи для преобразования одного вида движения в другой, оценить выбранную передачу, произвести кинематический и силовой расчеты многоступенчатой передачи.

   Механическими передачами, или передачами, называют механизмы, передающие энергию от двигателя к рабочим органам машины с преобразованием скоростей, сил или моментов, а иногда и характера движения.
   Основные причины применения передич в мишиних:
   •  требуемые скорости рабочих органов машины часто не совпадают со скоростями стандартных двигателей;
   •  скорости рабочего органа машины часто необходимо регулировать (изменять) в процессе работы;
   •  большинство рабочих органов машин должны работать при малых скоростях и обеспечивать большие вращающие моменты, а высокооборотные двигатели экономичнее;
   •  двигатели изготовляют для равномерного вращательного движения, а в машинах иногда требуется прерывистое поступательное движение с изменяющимися скоростями.
   Клиссификиция передич:
   •  по принцину передачи движения: передачи трением и передачи зацеплением; внутри каждой группы существуют передачи непосредственным контактом и передачи гибкой связью;

Глава 1. Общие сведения о передачах

9

   • по взаимному расположению валов: передачи с паралельными валами (цилиндрические), передачи с пересекающимися осями валов (конические), передачи со скрещивающими валами (червячные, цилиндрические с винтовым зубом, гипоидные);
   • по характеру передаточного числа: с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым изменением передаточного числа (вариаторы).
   Фрикционные передачи (передачи трением) — передачи, в которых передача движения осуществляется силами трения. Для создания трения в контакте катков применяют пружины и специальные нажимные и натяжные устройства. На рис. 1.1 а, б изображены фрикционные передачи непосредственным контактом, на рис. 1.1, в вариатор — фрикционная передача с бесступенчатым регулированием скорости за счет смещения ролика 1, на рис. 1.1, з передача гибкой связью — ременная.
   Передачи зацеплением «работают» за счет зацепления зубьев и шарниров цепи с зубьями звездочки. Трение в данном случае вредно, и большинство передач работает со смазкой. Основное достоинство передач зацеплением — высокий КПД, компактность и надежность.
   На рис. 1.1, г, д изображены цилиндрическая и коническая зубчатые передачи, на рис. 1.1, е — червячная (зубчато-винтовая передача), на рис. 1.1, ж — цепная передача.


   Кинематические и силовые соотношения в передаточных механизмах

   Кинематические соотношения в передаче можно рассмотреть по

схеме цилиндрической фрикционной передачи (см. рис. 1.1, а).

D1
2 .

Окружная скорость ведущего шкива v1

= ю

Рис. 1.1. Кинематические схемы механических передач: а — цилиндрическая фрикционная передача; б — коническая фрикционная передача; в — фрикционный вариатор: 1 — ролик; 2 — ведомый диск; г — цилиндрическая зубчатая передача; д — коническая зубчатая передача; е — червячная передача; ж — цепная передача; з — ременная передача

Раздел I. Детали машин. Краткий курс

   При отсутствии проскальзывания скорость ведущего и ведомого d2 d d d -                        .     D 2
шкивов должна быть одинаковой: v1 = v₂; v₂ = ®₂ .


         .... D1         D2 . ®1
     Тогда ®1       = ®2           ¹


n 1 = D n 2  D1

2

;
   ®2

1

   Отношение угловой скорости ведущего колеса к угловой скорости ведомого или частоты вращения ведущего колеса к частоте вращения

____      „ ______ Л                       . • ®1  D ведомого называется передаточным отношением: i = — = —-®2                                                 D1

2

1

   Для передач зацеплением можно использовать следующее выражение (поскольку диаметр колеса пропорционален его числу зубьев):
i = ®1 = z2_ ®2     z 1
   Связь между мощностями на ведущем и ведомом звеньях можно получить из известных формул механики:
P          P.
n = .,     - n =   ; P2 = ptn.
затрач     11

   Известно, что P = T®, где Т — вращающий момент; ® — угловая скорость.
   Тогда T,®₂ = T1®^; T₂ = T1 i n.
   В зависимости от величины передаточного отношения i передачи делятся на передачи с постоянным передаточным отношением (i > 1; ®1 > ®₂ — редукторы, понижающие передачи; i < 1; ®1 < ®₂ — мультипликаторы, повышающие передачи) и передачи с бесступенчатым регулированием скорости.
   Параллельно с понятием передаточного отношения i используется понятие передаточного числа и; для редукторов i = и.
   В передачах с бесступенчатым регулированием скорости (вариаторы) передаточное отношение i — величина переменная, и их характеристикой является диапазон регулирования
Д = U max
U min
   Если в механизме необходимо значительное изменение скорости, применяют многоступенчатые передачи.
   Ступенью считают передачу одной парой колес, одним ремнем или одной цепью.
   На рис. 1.2 изображены многоступенчатые (двухступенчатые) передачи. Нумерация ступеней и колес начинается от двигателя.
   Для многоступенчатой передачи общее передаточное число


                         иобщ = и 1и2 ... un, где и 1, и₂, ип — передаточные числа ступеней.