Лекция № 2. Соединения деталей машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИ

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА (БГТУ им. В.Г. Шухова)

А.А. Романович

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ И

ПРОФЕССИОНАЛЬНУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Утверждено методическим советом университера в качестве конспекта лекций для студентов очной и заочной форм обучения направления бакалавриата 23.03.02 – Наземные транспортно-технологические комплексы и специальности 23.05.01 – Наземные транспортно-технологические средства

Белгород 2017

УДК 625.7 (07)

ББК 39.311-06-05 Р69

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор Белгородского национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ» ) С.В.Сергеев

Доктор технических наук,профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) О. А. Носов

Романович, А.А.

Р69 Введение в специальность и профессиональную деятельность: Конспект лекций - Белгород: Изд-во БГТУ, 2017. - 195 с.

В конспекте лекций представлены основные сведения о деталях машин, узлах и способах их соединения. Рассмотрены впросы связанные с назначением, устройством и принципом работы машин и механизированных установок, применяемых при строительстве, содержании и эксплуатации автомобильных дорог и придорожных сооружений: машины для земляных работ, приготовления и транспортирования материалов, грузоподъемные машины и агрегаты и другие. Приведены методики расчета производительности машин.

Конспект лекций предназначен для студентов очной и заочной форм обучения направления бакалавриата 23.03.02 – Наземные транспортно-технологические комплексы и специальности 23.05.01 – Наземные транспортно-технологические средства.

Данное издание публикуется в авторском издании.

УДК 625.7 (07)

ББК 39. 311- 06 - 05

технологический университет

(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2017

Введение

Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины составляют основу комплексной механизации строительного производства. Затраты на поддержание машин в работоспособном состоянии составляют 25-30% от себестоимости машин. Снижение затрат на содержание и эксплуатацию возможно при применении на предприятии новых методов ремонтного обслуживания.

Обеспечение работоспособного состояния парков машин и оборудования предприятий связано со значительными трудовыми и материальными затратами. С помощью нормативов определяются квартальные и годовые прогнозы потребности в техническом обслуживании и ремонте по парку машин, что необходимо, но недостаточно для управления надежностью в эксплуатации. Требуется также выявлять потребность в ремонтных воздействиях конкретных экземпляров машин и их агрегатов, что дает краткосрочный прогноз, конкретизирующий потребность, определяемую по нормативным данным.

Повышение эффективности от использования это - обеспечение технически грамотного, с максимальным коэффициентом использования подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин, их техническое обслуживание и ремонт с минимальным простоем под обслуживанием. Конспект лекций направлен на изучение основных сведений о деталях машин, узлах и способах их соединениях, назначения, устройства и принципа работы машин и механизированных установок, применяемых при строительстве, содержании и эксплуатации автомобильных дорог и придорожных сооружений. Введение в специальность и профессиональную деятельность является дисциплиной, направленной на формирование будущего инженера.

Лекция № 1. Основные сведения о машинах

Роль машин и оборудования в дорожном строительстве

Работы, выполняемые в строительстве, крайне разнообразны и состоят из процессов различного типа: земельных, погрузочно-разгрузочных, транспортных, грузоподъёмных, по приготовлению, укладке и уплотнению бетонных смесей и др. Для выполнения этих работ используют соответствующие комплекты машин, в которые входят рыхлители, экскаваторы, бульдозеры, грейдеры, погрузчики, уплотняющие машины, механизированные установки для приготовления бетонных смесей, транспортные машины и др.

Большинство работ, выполняемых в строительстве, требует большого количества энергозатрат. Например, на разработку 1м³ грунта затрачивается около 0,3 кВт-ч; на дробление 1 м³ камня - 1...3 кВт-ч; на приготовление 1м³ бетона -0,1...0,15 кВт-ч, а с учётом транспортировки и укладки его в сооружение - более 3 кВт-ч; на погрузку 1т груза - 0,1...0,13 кВт-ч. При работе вручную человек затрачивает за смену в среднем не более 0,5 кВт-ч энергии. Выполнение строительных работ даже на одном объекте характеризуется большим объемом в сжатые сроки, перемещением десятков тысяч кубометров грунта, приготовления и укладки бетонов и растворов и т.д. - всё это возможно только при использовании большого количества высокопроизводительных машин и механизмов.

Классификация машин

Большое разнообразие машин, с целью более полного использования, требует их классификации по отдельным признакам. Наиболее характерным признаком, по которому возможно произвести группировку всех машин, является - производственным. На основании этого признака все строительные машины можно объединить в следующие группы:

1. Подъёмно-транспортные: краны, подъёмники, лебедки, тали, домкраты, транспортёры, погрузочно-разгрузочные машины и др.

2. Транспортные: тракторы, тягачи, автомобили, прицепы, полуприцепы и др.

3. Машины для подготовительных работ: корчеватели, кусторезы, рыхлители и др.

4. Машины для свайных работ: свайные молоты, вибропогружатели, копры и др.

5. Машины для земельных работ: бульдозеры, скреперы,
грейдеры, грейдеры-элеваторы, экскаваторы, оборудование для гидромеханизации и др.

6. Машины для добычи и переработки каменных и обогощения материалов: оборудование для буровых работ, дробилки, сортировочные, моечные и обогатительные машины.

7. Машины для уплотнения различных типов грунтов и смесей: катки, вибраторы и др.

8. Машины для приготовления и транспортировки бетонной смеси: бетоносмесители, бетононасосы.

9. Машины и агрегаты для механизации отделочных работ.

Современные строительные машины состоят из пяти основных частей:

1. Рабочего оборудования, непосредственно осуществляющего технологическую операцию, например разработку грунта, перемешивание бетонной смеси, перемещение материала.

2. Ходового оборудования, служащего для передвижения машины.

3. Силового оборудования - двигатели, являющиеся источником энергии для осуществления движения элементов машины.

4. Передаточных механизмов, связывающих силовое оборудование с рабочим и ходовым оборудованием.

5. Механизмов управления, служащих для включения и выключения отдельных механизмов машин.

У некоторых машин отдельные части могут отсутствовать, например силового оборудования нет у прицепных машин, ходового оборудования - у стационарных машин.

Силовое оборудование

В строительных машинах применяют следующие виды силового оборудования:

1) электродвигатели;

2) двигатели внутреннего сгорания (ДВС);

3) гидравлический привод;

4) пневматический привод.

Электродвигатели обладают рядом существенных достоинств:

1. Возможностью установки индивидуальных двигателей для каждого механизма (многодвигательный привод), что упрощает трансмиссии.

2. Удобством управления отдельными механизмами, возможность дистанционного управления и автоматизации.

3. Значительной перегрузочной способностью, что особенно важно для машин периодического действия.

4. Высокой экономичностью.

5. Независимостью от температурных и атмосферных условий.

Благодаря этим достоинствам, электрические двигатели широко применяются на стационарных и многих передвижных машинах. Недостаток их заключается в необходимости питающей сети.

Двигатели внутреннего сгорания используются главным образом на передвижных машинах (землеройных, грузоподъёмных, погрузочных и др.). Широкое применение на передвижных машинах объясняется их главным достоинством - независимостью от внешнего источника энергии, что придает машине большую маневренность. Основными недостатками двигателей внутреннего сгорания являются: отсутствие реверсивности и перегрузочной способности, необходимость применения коробки передач для изменения крутящего момента и реверсирования, зависимость от температурных условий и сравнительно малый срок службы.

Гидравлический привод состоит из насоса, системы распределения, рабочих цилиндров с поршнями и трубопровода. Насос приводится в действие обычно от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания.

К основным преимуществам гидравлического привода относятся:

1. Возможность изменения скоростей без применения передач, что позволяет уменьшить вес и габариты привода.

2. Большая надёжность в работе.

3. Широкие возможности регулирования.

4. Возможность работы при больших усилиях.

К недостаткам гидравлического привода относится необходимость установки (кроме двигателя) насосов и рабочих цилиндров.

Пневматический привод применяется лишь в некоторых типах вспомогательных устройств, чаще в тормозных устройствах, а иногда в устройствах управления. Этот привод, как и гидравлический, состоит из рабочих цилиндров с поршнями, системы распределения и трубопровода, но вместо жидкости, нагнетаемой насосом, применяется сжатый воздух, подаваемый компрессором. Недостатком пневматического привода является его небольшой КПД, в связи с падением давления сжатого воздуха.

Ходовое оборудование

Ходовое оборудование строительных и дорожных машин предназначено для перемещения машин в процессе работы или для их транспортировки с одного объекта строительства на другой. Ходовое оборудование по устройству классифицируется на гусеничное, пневмоколёсное, рельсовое и шагающее.

Рис. 1. Гусеничное ходовое оборудование: 1- гусеничная цепь;

2 – ведущая звездочка; 3 – направляющее колесо;4 – опорные катки; 5 – поддерживающие катки

Большинство строительных машин снабжены колёсным и гусеничным ходовым оборудованием (движителем). По условиям эксплуатации строительных машин (особенно машин для земляных работ) ходовое оборудование должно обеспечивать максимальную их проходимость по рыхлым, а иногда и сильно увлажненным грунтам. Проходимость машины при прочих равных условиях зависит от величины удельного давления движителя на грунт.

Гусеничное ходовое оборудование обладает большой площадью контакта с грунтом, поэтому удельное давление на грунт здесь ниже, чем в колёсном движителе. Машины на гусеничном ходовом оборудовании обладают большой проходимостью по рыхлым и грунтам с повышенной влажностью. Гусеничное ходовое оборудование (рис. 1) представляет собой гусеничную цепь 1, состоящую из шарнирных звеньев - траков, ведущие звёздочки 2, направляющие колеса 3, опорные 4 и поддерживающие катки 5 и подвеску, соединяющую раму трактора с ходовой частью.

Однако машины на гусеничном ходовом оборудовании по сравнению с колёсными транспортными средствами являются более тихоходными и в самом гусеничном механизме имеют большие потери на трение. Колёсный ход может быть создан как на базе колёс с жёстким недеформируемым ободом, так и на базе колёс, снабжённых пневматическими шинами. Жёсткие колёса применяют лишь в тех случаях, когда машина работает стационарно и колёса нужны для перемещения её с места на место на небольшое расстояние.

Применение пневмоколёсного движителя позволяет развивать дорожно-строительной машине более высокие скорости движения, по сравнению с гусеничным, смягчать толчки и частично поглощать удары, воспринимаемые колёсами от неровностей дороги. В пневмоколесном движителе составными частями (рис. 2) являются: покрышка 1, служащая прочной и эластичной оболочкой, камера 2, накачиваемая воздухом через вентиль 4, и ободная лента 3, предохраняющая камеру со стороны обода 5.

Рис. 2. Пневмоколесное ходовое оборудование: 1 – покрышка;

2 – камера; 3 – ободная лента; 4 – вентиль; 5 – обод

Существуют два основных типа шин: шины высокого давления (5...7 кг/см²) и шины низкого давления (1,75...5,5 кг/см²). Шины низкого давления имеют меньшую толщину стенок, они лучше поглощают удары, обеспечивают плавное движение и большее сцепление с грунтом за счёт увеличенного профиля, что улучшает их тяговые свойства. Маркировка шин наносится на боковой поверхности двумя числами через тире, например 14,00 - 20; 330 - 20 и т.д. Первое число характеризует ширину профиля в дюймах, а второе - внутренний диаметр шины или посадочный диаметр обода в дюймах.

Шагающее ходовое оборудование обеспечивает наименьшее удельное давление на грунт и из-за сложности конструкции применяется в крупных карьерах.

Лекция № 2. Соединения деталей машин

Крепления деталей на раме машины и между собой осуществляются при помощи подвижных и неподвижных соединений. Подвижные соединения обеспечивают требования кинематики машины. Неподвижные соединения необходимы для расчленения машины на узлы и детали при изготовлении, ремонте и транспортировании.

Неподвижные соединения подразделяются на разъёмные и неразъёмные. Разъёмные соединения позволяют разбирать сборочную единицу без повреждения деталей. К разъёмным соединениям относятся резьбовые, штифтовые, клиновые, шпоночные, шлицевые и клеммовые. Неразъёмные соединения не позволяют разбирать сборочную единицу без повреждения или разрушения деталей. К неразъёмным соединениям относятся сварочные и заклёпочные.

Резьбовые соединения

Резьбовые соединения деталей осуществляются с помощью резьбы, которая наносится на поверхность соединяемых деталей (винта и гайки) в виде винтовых канавок. Сечение этих канавок, т.е. профиль резьбы, может иметь прямоугольную, треугольную или трапецеидальную форму. По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбу. Основными элементами, характеризующими резьбовые соединения, являются: профиль резьбы (рис. 3), наружный диаметр d, средний диаметрd₂, внутренний диаметр d₁, шаг S, угол профиля, высота профиля резьбы t.

Рис. 3. Элементы резьбового соединения

Если резьба нанесена на поверхности детали, то она называется наружной, а внутри детали - внутренней. Две детали, одна из которых имеет наружную резьбу (болт, винт), а другая - внутреннюю (гайка), образуют винтовую пару. Винтовые пары могут образовываться только при одинаковых параметрах резьбы.

На цилиндрическую поверхность детали одновременно может навиваться одна или несколько винтовых выступов, соответственно образуется одно-, двух-, трёх- и многозаходная резьба. В этих случаях следует различать два понятия: шаг резьбы и шаг винта. Шагом резьбы называется расстояние между двумя одинаковыми точками двух соседних витков резьбы, измеренных по образующей цилиндра. Шагом винта называется расстояние между одинаковыми точками одной и той же винтовой линии. У однозаходной резьбы шаг винта равен шагу резьбы. Во всех остальных случаях шаг винта во столько раз больше шага резьбы, сколько заходов имеет резьба.

Силы трения, а следовательно и торможения, в резьбе зависят от профиля резьбы. С увеличением угла профиля трение в резьбе увеличивается, поэтому прямоугольные, трапецеидальные и упорные резьбы (рис.4, а, б, в) применяют в подвижных винтовых соединениях для передачи движения, где требуются наименьшие потери на трение. Треугольные резьбы (рис. 4, г) применяют в крепёжных деталях, где большое трение в резьбе желательно для предотвращения самоотверчивания. Треугольные крепёжные резьбы стандартизированы. В машиностроении применяется метрическая резьба для диаметров 1...500 мм, имеющая угол профиля 60° и измеряемая в миллиметрах.

Рис. 4. Типы резьб: а – прямоугольные; б – трапецеидальные;

в – упорные; г – треугольные.

В зависимости от назначения применяют резьбы с крупным или мелким шагом, отличающиеся между собой размером шага при одном и том же диаметре.

К числу элементов, при помощи которых осуществляются резьбовые соединения, относятся болты, шпильки, винты, гайки (рис. 5).

Рис. 5. Крепежные детали: а – болтовое соединение; б – соединение шпилькой; в – винт

Сварочные соединения

Сваркой называют технологический процесс получения неразъёмного соединения металлических деталей с применением местного нагрева и использованием сил молекулярного сцепления. Различают два вида сварки:

1) сварка давлением или пластическая, при которой детали, доведённые до пластического состояния, за счёт приложения внешнего усилия соединяются в одно целое;

2) сварка плавлением, при которой расплавленные края деталей образуют общую жидкую ванну, превращающуюся после охлаждения в сварной шов.

В зависимости от способа нагрева сварка подразделяется на химическую (кузнечную, газовую, термитную) и электрическую (дуговую, контактную).

Наиболее распространенным видом сварки является электрическая дуговая, открытая в 1882 г. русским изобретателем Н.Н. Бенардосом и усовершенствованная в 1888 г. Н.Г. Славяновым. Схема сварки по методу Н.Г. Славянова показана на рис. 6.

Сварочные швы, применяемые в машиностроении и строительных конструкциях, отличаются большим разнообразием. По форме сечения наплавленного металла сварочные швы подразделяются на стыковые и валиковые. Стыковые швы отличаются один от другого сечением, определяемым предварительной подготовкой (разделкой) кромок соединяемых деталей (рис. 7):

- бесскосные швы (рис. 7,а) применяют при малых толщинах
свариваемых деталей;

- швы V-образные (рис. 7, в) применяют в тех случаях, когда
значительная толщина деталей не позволяет обеспечить значительный прогрев;

- шов U-образный (рис.7,г) лучше V-образного с точки зрения
расхода электроэнергии и металла, однако имеет более сложную разделку;

Рис. 6. Схема электродуговой сварки: 1 – источник тока; 2 – соединительный кабель; 3 – электродержатель; 4 – электрод; 5 – электрическая дуга; 6- деталь

Рис. 7. Основные типы разделки сварных швов: а – бесскосный; б – V-образный; в – Х-образный; г – U-образный; д – лобовой шов; е – косой валиковый шов

- шов Х-образный (рис.7, б) целесообразен при больших толщинах деталей, так как имеет малую площадь вырубки металла при
разделке.

Основным типом валикового шва является так называемый нормальный, с сечением в виде равнобедренного треугольника (рис 7, д, е). Размер сечения валикового шва определяется катетом шва К, при выполнении обычно равным толщине свариваемых листов металла. В зависимости от направления действующего усилия различают швы лобовые (рис. 7, д), расположенные перпендикулярно действующему усилию Р, и косые (рис. 7, е), расположенные под углом к действующему усилию.

Расчёт шва сварочных соединений на прочность ведётся в зависимости от типа соединения и вида шва. Для расчета принимают, что действующие усилия распределяются равномерно по длине шва а напряжения - равномерно по сечению.

Стыковые швы рассчитывают на растяжение или сжатие. При этом определяют длину шва, зависящую от действующей растягивающей силы Р, толщины свариваемых деталей и допускаемого напряжения на растяжение [G]_p, которые зависят от марки электродов и материала свариваемых деталей. Длина шва в мм определяется по формуле:

Валиковые швы (угловые, лобовые) рассчитывают на срез:

где - допускаемое напряжение на срез наплавленного материала, кгс/мм² (Па); - катет шва, мм.

Заклёпочные соединения

Заклёпочные соединения (рис. 8) относятся к типу неразъёмных, так как для разъединения входящих в них деталей необходимо разрушить соединительную деталь - заклёпку.

Заклёпка представляет собой круглый стержень с головкой на одном конце. Головка с другой стороны образуется при осаживании заклёпки обжимкой (рис. 8, а). В процессе осаживания формируется не только головка, но осаживаемый металл стержня плотно заполняет отверстие, в котором находится заклёпка. Осаживание может осуществляться холодным способом, если диаметр заклёпки не превышает 10 мм, и горячим способом при диаметре более 10 мм.

Существуют различные типы заклёпок: с полукруглой головкой, с потайной головкой, с полупотайной головкой, полые.

В соединениях, находящихся под действием продольной нагрузки, заклёпки рассчитывают на срез и проверяют на смятие. Шаг установки заклёпок t (рис.8, б) зависит от их диаметра, назначения заклёпочного соединения и принятого расположения заклёпок. При параллельном их расположении t =3d (где d- диаметр стержня заклёпки). Чтобы заклёпка не прорезала соединяемые детали, расстояние 1 от оси заклёпки до свободной кромки в направлении действующей силы принимается равным (1,5... 2)d.

Необходимое число заклёпок определяется исходя из действующей нагрузки:

где Р - усилие, действующее на заклёпочное соединение, Н; - допустимое напряжение насрез материала заклёпки, кгс/мм² (Па).

Рис. 8. Заклепочное соединение: а – обжимкой; б – схема установки заклепок

Проверку заклёпочного соединения производят на смятие по формуле:

где - толщина соединяемых деталей, мм; [G]_cm - допустимое напряжение на смятие, кгс /мм² (Па).

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 846; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!