Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Кафедра «Прикладна механіка»

ПРИКЛАДНА МЕХАНІКА. ДЕТАЛІ МАШИН

Методичні вказівки та завдання до контрольної роботи

Укладачі: Ю. К. Горячев

Л. В. Дідковський

О. С. Куроп’ятник

Для студентів, які навчаються за напрямами 6.050702 «Електромеханіка» та 6.050202 «Автоматизація і комп’ютерно-інтегровані технології»

Дніпропетровськ 2011

УДК 621.81

Укладачі:

Горячев Юрій Костянтинович

Дідковський Леонід Васильович

Куроп’ятник Олексій Сергійович

Рецензенти:

канд. техн. наук, доцент Бондаренко Л. М. (ПДАБА)

ст. викладач Анофрієв П. Г. (ДІІТ)

Прикладна механіка. Деталі машин [Текст]: методичні вказівки та завдання до контрольної роботи / уклад: Ю. К. Горячев, Л. В. Дідковський, О. С. Куроп’ятник; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д.: Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2011. – 22 с.

Методичні вказівки містять опис структури та змісту дисципліни «Прикладна механіка. Деталі машин», тематику практичних і лабораторних робіт. Наведено варіанти завдань на контрольну роботу та розглянуто методику розв’язання задач.

Іл. 6. Табл. 6. Бібліогр.: 6 назв.

Ó	Горячев Ю. К. та ін., укладання, 2011
Ó	Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, редагування, оригінал-макет, 2011

ВСТУП

«Прикладна механіка» – дисципліна, яка є основою загально-технічної підготовки фахівців немашинобудівельних спеціальностей.

В курсі прикладної механіки в повній мірі використовуються відомості, які студенти одержали при вивченні таких дисциплін, як «Вища математика», «Фізика», «Інженерна графіка», «Обчислювальна математика», «Теоретична механіка» та ін.

«Прикладна механіка» є комплексною дисципліною і включає в себе основні положення курсів «Опір матеріалів», деякі відомості з теорії механізмів і машин, а також основні положення з «Деталей машин» та основ конструювання.

Предметом дисципліни є теоретичні основи проектування і надійної експлуатації виробів машинобудування, типових для галузі.

Мета вивчення дисципліни – надати студентам знання, вміння та навики, які необхідні для подальшого вивчення спеціальних інженерних дисциплін в майбутній діяльності в якості інженера-технолога, експлуатаційника та економіста в умовах виробництва з урахуванням специфіки нових ринкових відносин.

Основними задачами курсу є вивчення загальних принципів проектування і конструювання, набуття навиків у побудові фізичних та математичних моделей і алгоритмів розрахунків, типових виробів машино- та транспортного будування з урахуванням їх головних критеріїв: працездатність, довговічність та надійність при розробці нового або модернізації старого обладнання залізничного транспорту.

ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ

Предмет і задачі курсу. Роль транспортного машинобудування в зміцненні вітчизняної економіки. Сучасні тенденції розвитку машинобудівної галузі. Заходи по введенню в експлуатацію найновіших розробок та модернізації сучасної транспортної техніки та обладнання.

1.Особливості розрахунків, конструювання та експлуатації
типових елементів машин.

1.1. Основні поняття та визначення. Деталь, вузол, механізм, машина. Типи машин, структура машинного агрегату. Привод та його основні складові. Вибір електродвигунів та розрахунок силових і кінематичних характеристик приводу.

1.2. Основні відомості з теорії механізмів і машин. Структура і класифікація кінематичних ланцюгів механізмів. Ступінь свободи механізмів. Побудова кінематичних схем.

1.3. Механічні передачі. Види механічних передач. Поняття про передаточне відношення. Редуктори і мультиплікатори.

1.4. Фрикційні передачі для передавання обертального руху. Умова роботи фрикційної передачі. Проектування та розрахунок фрикційних передач.

1.5. Пасові передачі. Класифікація. Кінематичні, геометричні та силові параметри пасових передач. Зусилля та напруження в ланках пасової передачі. Проектування та розрахунок передачі.

1.6. Зубчаті механізми для передачі та перетворення параметрів обертального руху. Загальні відомості з теорії зачеплення. Евольвентне зачеплення. Геометричний розрахунок евольвентних прямозубих передач. Поняття про крок та модуль зубчатого колеса. Особливості геометрії косозубих, шевронних і конічних передач. Передаточне число. Коефіцієнт корисної дії (ККД) зубчатих передач. Матеріали та термообробка зубчатих коліс. Особливості, зміст розрахунку та проектування зубчатих передач.

1.7. Вали і осі. Призначення та класифікація осей та валів. Конструктивні особливості валів. Етапи проектування та види розрахунків валів на міцність та жорсткість.

1.8. Опори осей та валів. Основні визначення. Класифікація та конструктивні особливості підшипників кочення і підшипників ковзання. Види ушкоджень підшипників кочення та ковзання. Вибір підшипників кочення за статичною та динамічною вантажопідйомністю. Розрахунок на довговічність.

1.9. Муфти механічних приводів. Загальні відомості та класифікація муфт. Особливості вибору та розрахунок з’єднувальних муфт.

1.10. З’єднування деталей та вузлів. Види з’єднань. Класифікація. Нероз’ємні з’єднування: зварні, паяні, клеєні та клепкові. Особливості вибору та розрахунок на міцність. Роз’ємні з’єднання: штифтові, шпонкові, шліцьові, різьові. Загальна характеристика та розрахунок. Особливості розрахунку роз’ємних з’єднань.

1.11. Шляхи підвищення надійності та ресурсу деталей, вузлів, механізмів і машин. Менеджмент та маркетинг у транспортному машинобудуванні.

2.Теми практичних занять

2.1. Складання розрахункових схем механізмів.

2.2. Вибір електричного двигуна механічного приводу.

2.3. Розрахунок основних геометричних параметрів зубчатих коліс.

2.4. Основи проектування та розрахунку валів.

2.5. Розрахунок сил у зачепленні циліндричних прямо- та косозубих передач.

2.6. Розрахунок і підбір підшипників кочення.

2.7. Розрахунок зварних, клепкових та різьбових з’єднань.

3.Теми лабораторних робіт

3.1. Вивчення та складання кінематичних схем механізмів. Визначення числа ступенів свободи.

3.2. Знайомство з конструкціями одно- і двоступінчатих редукторів. Визначення кроку, модуля та передаточного числа в умовах виробництва.

3.3. Знайомство з підшипниками кочення. Підбір підшипників та розрахунок на довговічність.

4. Обсяг та зміст контрольної роботи

Контрольна робота включає в себе п’ять задач у відповідності до тем, запропонованих програмою дисципліни «Прикладна механіка».

Як свідчить досвід, найбільш показовою з точки зору знайомства з основними принципами раціонального конструювання та проектування деталей машин, вузлів і механізмів є електромеханічний привод. Нагадаємо, що основним призначенням приводу є перетворення видів руху і передавання та трансформування енергії на деяку відстань.

Основними складовими приводу (рис. 1.) є:

- джерело енергії – електродвигун 1;

- механізм перетворення руху та силових і кінематичних характеристик – редуктор 2;

- пристрій, який з’єднує джерело енергії з механізмом перетворення – з’єднувальна муфта 3.

Рис. 1. Кінематична схема приводу з одноступінчатим редуктором

На схемі (рис. 1) прийнято такі позначення:

, – потужність на вході і виході, Вт;

, – обертальний момент на вхідному та вихідному валах, Н∙м;

, – кутові швидкості обертання вхідного та вихідного валів, рад/с;

, – коефіцієнти корисної дії відповідно з’єднувальної муфти та редуктора;

, – кількість зубів шестерні та колеса.

Перша задача контрольної роботи присвячена ознайомленню з основною методикою вибору електричного двигуна за відомими (необхідними) параметрами «виходу». При розв’язанні задачі необхідно мати відомості про роботу, потужність, передаточне відношення механізму, коефіцієнт корисної дії та інше.

У другій задачі розглядається розрахунок геометричних параметрів циліндричних зубчатих прямо- та косозубих передач як представників зубчатих механізмів. При розв’язанні цієї задачі необхідно знати, які існують види зубчатих передач, їх особливості, розрахунок геометричних параметрів, модуля і кроку зубів колеса та ін. Необхідно мати уявлення про редуктори та мультиплікатори.

Третя задача має своєю метою ознайомлення з основами проектного розрахунку найбільш поширеної деталі будь-якого механізму – вала.

Розв’язанню цієї задачі передує вивчення таких основних питань, пов’язаних з поняттям «вал»:

- призначення, конструкція та матеріали валів;

- основні ділянки вала та їх призначення (хвостовик, цапфи (шипи та шийки), п’яти (підп’ятники або маточини));

- види розрахунків валів на міцність, витривалість, жорсткість та критичну швидкість обертання.

В четвертій задачі, на основі результатів розрахунків третьої задачі, необхідно підібрати підшипники кочення. Перш ніж приступити до розв’язання задачі, необхідно ознайомитись з поняттям опор валів та їх різновидами. Особливу увагу приділити вивченню класифікації та конструкції опор кочення (підшипники кочення). Необхідно також ознайомитися з видами розрахунків підшипників:

- на статичну вантажопідйомність;

- на динамічну вантажопідйомність;

- на довговічність.

Ознайомитись з особливостями їх підбору за діючими стандартами.

Метою п’ятої задачі є розрахунок на міцність одного з найпоширеніших з’єднань – шпонкового. Перед розв’язанням задачі необхідно ознайомитися з темою «З’єднання деталей». Вивчення класифікації з’єднань дає можливість призначити методику розрахунку та вибір розмірів деталей. Необхідно знати, що собою уявляють види роз’ємних та нероз’ємних з’єднань, та як їх призначати.

ЗАДАЧА 1

За числовими даними варіанту підібрати електричний двигун і визначити силові та кінематичні характеристики на вхідному і вихідному валах приводу.

Розв’язання