Деталі машин
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Деталі машин

Деталі машин (від франц.(французький) détail — подробиця), елементи машин, кожен з яких є одним цілим і не може бути без руйнування розібраний на простіші, складені ланки машин. Д. м. є також науковою дисципліною, що розглядає теорію, розрахунок і конструювання машин.

  Число деталей в складних машинах досягає десятків тисяч. Виконання машин з деталей перш за все викликане необхідністю відносних рухів частин. Проте нерухомі і взаємно нерухомі частини машин (ланки) також роблять з окремих сполучених між собою деталей. Це дозволяє застосовувати оптимальні матеріали, відновлювати працездатність зношених машин, замінюючи лише прості і дешеві деталі, полегшує їх виготовлення, забезпечує можливість і зручність збірки.

загрузка...

  Д. м. як наукова дисципліна розглядає наступні основні функціональні групи.

  Корпусні деталі ( мал. 1 ), що несуть механізми і інші вузли машин: плити, що підтримують машини, що складаються з окремих агрегатів; станини, що несуть основні вузли машин; рами транспортних машин; корпуси ротаційних машин (турбін, насосів, електродвигунів); циліндри і блоки циліндрів; корпуси редукторів, коробок передач; столи, санчата, супорти, консолі, кронштейни і ін.

  Передачі — механізми, передавальні механічну енергію на відстань, як правило, з перетворенням швидкостей і моментів, інколи з перетворенням видів і законів руху. Передачі обертального руху, у свою чергу, ділять за принципом роботи на передачі зачепленням, що працюють без прослизання, — зубчасті передачі ( мал. 2 , а, би), черв'ячні передачі ( мал. 2 , в) і ланцюгові, і передачі тертям — ремінні передачі і фрикційні з жорсткими ланками. По наявності проміжної гнучкої ланки, що забезпечує можливість значних відстаней між валами, розрізняють передачі гнучким зв'язком (ремінні і ланцюгові) і передачі безпосереднім контактом (зубчасті, черв'ячні, фрикційні і ін.). По взаємному розташуванню валів — передачі з паралельними осями валів (циліндрові зубчасті, ланцюгові, ремінні), з пересічними осями (конічні зубчасті), з осями, що перехрещуються (черв'ячні, гіпоїдні). По основній кінематичній характеристиці — передавальному відношенню — розрізняють передачі з постійним передавальним відношенням (що редукують, повисительниє) і із змінним передавальним відношенням — ступінчасті ( коробки передач ) і безступінчаті ( варіатори ). Передачі, що перетворюють обертальний рух в безперервне поступальне або навпаки, розділяють на передачі гвинт — гайка (ковзання і кочення), рейка — рейкова шестерня, рейка — черв'як, довга напівгайка — черв'як.

  Вали і осі ( мал. 3 ) служать для підтримки Д, що обертаються. м. Розрізняють вали передач, що несуть деталі передач — зубчасті колеса, шківи, зірочки, і вали корінні і спеціальні, такі, що несуть, окрім деталей передач, робочі органи двигунів або машин знарядь. Осі, що обертаються і нерухомі, знайшли широке вживання в транспортних машинах для підтримки, наприклад, непровідних коліс. Вали, що обертаються, або осі спираються на підшипники ( мал. 4 ), а деталі, що поступально переміщаються (столи, супорти і ін.) рухаються по що направляє . Опори ковзання можуть працювати з гідродинамічним, аеродинамічним, аеростатичним тертям або змішаним тертям. Опори кочення кулькові застосовуються при малих і середніх навантаженнях, роликові — при значних навантаженнях, голкові — при обмежених габаритах. Найчастіше в машинах використовують підшипники кочення, їх виготовляють в широкому діапазоні зовнішніх діаметрів від одного мм до декількох м-код і масою від доль г до декількох т .

  Для з'єднання валів служать муфти. Ця функція може поєднуватися з компенсацією погрішностей виготовлення і збірки, пом'якшенням динамічних дій, управлінням і т.д.

  Пружні елементи призначаються для віброізоляції і гасіння енергії удару, для виконання функцій двигуна (наприклад, годинникові пружини), для створення зазорів і натягу в механізмах. Розрізняють виті пружини, спіральні пружини, листові ресори, гумові пружні елементи і т.д.

  Сполучні деталі є окремою функціональною групою. Розрізняють: нероз'ємні з'єднання, що не допускають роз'єднання без руйнування деталей, сполучних елементів або сполучного шару — зварні ( мал. 5 , а ), паяні, заклепувальні ( мал. 5 , би), клейові ( мал. 5 , в), вальцьовані; роз'ємні з'єднання, що допускають роз'єднання і здійснювані взаємним напрямом деталей і силами тертя (більшість роз'ємних з'єднань) або лише взаємним напрямом (наприклад, з'єднання призматичними шпонками ). За формою приєднувальних поверхонь розрізняють з'єднання по плоскості (більшість) і по поверхнях обертання — циліндровою або конічною (вал — маточина). Щонайширше вживання в машинобудуванні отримали зварні з'єднання. З роз'ємних з'єднань найбільшого поширення набули різьбові з'єднання, здійснювані гвинтами, болтами, шпильками, гайками ( мал. 5 , г).

  Прообрази багатьох Д. м. відомі з глибокої старовини, найраніші з них — важіль і клин. Більше 25 тис. років назад людина стала застосовувати пружину в луках для метання стріл. Перша передача гнучким зв'язком була використана в лучковому приводі для добування вогню. Катки, робота яких заснована на терті кочення, були відомі більше 4000 років тому. До перших деталей, що наближаються за умовами роботи до сучасних, відносяться колесо, вісь і підшипник у возах. У старовини і при будівництві храмів і пірамід користувалися воротами і блоками . Платон і Арістотель (4 ст до н.е.(наша ера)) згадують в своїх вигадуваннях про металеві цапфи, зубчасті колеса, кривошипи, катки, поліспасти. Архімед застосував у водопідіймальній машині гвинт, мабуть, відомий і раніше. У записках Леонардо да Вінчі описані гвинтові зубчасті колеса, зубчасті колеса з цевками, що обертаються, підшипники кочення і шарнірні ланцюги. У літературі епохи Відродження є відомості про ремінні і канатні передачі, вантажні гвинти, муфти. Конструкції Д. м. удосконалювалися, з'явилися нові модифікації. В кінці 18 — початку 19 вв.(століття) широкого поширення набули заклепувальні з'єднання в казанах, конструкціях же.-д.(железнодорожний) мостів і т.п. У 20 ст заклепувальні з'єднання поступово витіснялися зварними. У 1841 Дж. Вітвортом в Англії була розроблена система кріпильних резьб, що з'явилася першою роботою по стандартизації в машинобудуванні. Вживання передач гнучким зв'язком (ремінною і канатною) було викликане роздачею енергії від парової машини по поверхах фабрики, з приводом трансмісій і т.д. З розвитком індивідуального електроприводу ремінні і канатні передачі стали використовувати для передачі енергії від електродвигунів і первинних двигунів в приводах легенів і середніх машин. У 20-і рр. 20 ст широко поширилися кліноременниє передачі. Подальшим розвитком передач з гнучким зв'язком є багатоклинові і зубчасті ремені. Зубчасті передачі безперервно удосконалювалися: цевочноє зачеплення і зачеплення прямобочного профілю із скругленнями було замінене циклоїдним, а потім евольвентним. Істотним етапом була поява круговінтового зачеплення М. Л. Новікова. З 70-х років 19 ст почали широко застосовуватися підшипники кочення. Значного поширення набули гідростатичні підшипники і що направляють, а також підшипники з повітряним мастилом.

  Матеріали Д. м. у великій мірі визначають якість машин і складають значну частину їх вартості (наприклад, в автомобілях до 65—70%). Основними матеріалами для Д. м. є сталь, чавун і кольорові сплави. Пластичні маси застосовують як електроізолюючі, антифрикційні і фрикційні, корозійностійкі теплоізолюючі, високоміцні (стеклопласти), а також як що володіють хорошими технологічними властивостями. Гуми використовують як матеріали, що володіють високою пружністю і зносостійкістю. Відповідальні Д. м. (зубчасті колеса, сильно напружені вали і ін.) виконують із загартованої або покращуваної сталі. Для Д. м., розміри яких визначаються умовами жорсткості, використовують матеріали, що допускають виготовлення деталей досконалих форм, наприклад незагартовану сталь і чавун. Д. м., що працюють при високих температурах, виконують з жаростійких або жароміцних сплавів. На поверхні Д. м. діють найбільша номінальна напруга від вигину і кручення, місцева і контактна напруга, а также відбувається знос, тому Д. м. піддають поверхневим зміцненням: химіко-термічній, термічній, механічній, термо-механічній обробці.

  Д. м. мають із заданою вірогідністю бути працездатними в течію певного терміну служби при мінімально необхідній вартості їх виготовлення і експлуатації. Для цього вони повинні задовольняти критеріям працездатності: міцності, жорсткості, зносостійкості, теплостійкості і ін. Розрахунки на міцність Д. м., що випробовують змінні навантаження, можна вести по номінальній напрузі, по коефіцієнтах запасу міцності з врахуванням концентрації напруги і масштабного чинника або з врахуванням змінності режиму роботи. Найбільш обгрунтованим можна рахувати розрахунок по заданій вірогідності і безвідмовної роботи. Розрахунок Д. м. на жорсткість зазвичай здійснюють з умови задовільної роботи зв'язаних деталей (відсутність підвищеного тиску кромок) і умови працездатності машини, наприклад здобуття точних виробів на верстаті. Для забезпечення зносостійкості прагнуть створити умови для рідинного тертя, при якому товщина масляного шару повинна перевищувати суму висот мікронерівностей і ін. відхилень правильної геометричної форми поверхонь. При неможливості створення рідинного тертя тиск і швидкості обмежують до встановлених практикою або ведуть розрахунок на знос на основі подібності за експлуатаційними даними для вузлів або машин того ж призначення. Розрахунки Д. м. розвиваються в наступних напрямах: розрахункова оптимізація конструкцій, розвиток розрахунків на ЕОМ(електронна обчислювальна машина), введення в розрахунки чинника часу, введення імовірнісних методів стандартизація розрахунків, вживання табличних розрахунків для Д. м. централізованого виготовлення. Основи теорії розрахунку Д. м. були закладені дослідженнями в області теорії зачеплення (Л. Ейлер, X. І. Гохман), теорії тертя ниток на барабанах (Л. Ейлер і ін.), гідродинамічній теорії мастила (Н. П. Петров, О. Рейнольдс, Н. Е. Жуковський і ін.). Дослідження в області Д. м. в СРСР проводяться в Інституті машинознавства, Науково-дослідному інституті технології машинобудування, МВТУ(Московське вище технічне училище імені Н. Е. Баумана) ним. Баумана і ін. Основним періодичним органом, в якому публікуються матеріали про розрахунок, конструювання, вживання Д. м., є «Вісник машинобудування».

  Розвиток конструювання Д. м. відбувається в наступних напрямах: підвищення параметрів і розробка Д. м. високих параметрів, використання оптимальних можливостей механічних з твердими ланками гідравлічних, електричних, електронних і ін. пристроїв, проектування Д. м. на строк до морального старіння машини, підвищення надійності, оптимізація форм у зв'язку з новими можливостями технології, забезпечення досконалого тертя (рідинного, газового, кочення), герметизація сполучень Д. м., виконання Д. м., що працюють в абразивному середовищі, з матеріалів, твердість яких вища за твердість абразиву, стандартизація і організація централізованого виготовлення.

  Літ.: Деталі машин. Атлас конструкцій, під ред. Д. Н. Решетова, 3 видавництва, М., 1968; Деталі машин. Довідник, т. 1—3, М., 1968—69.

  Д. Н. Решетов.

Мал. 2. Передачі: а — зубчаста циліндрова; б — зубчаста конічна; у — черв'ячна.

Мал. 4. Підшипники: а — кульковий; би — роликові циліндровий і конічний; у — ковзання.

Мал. 3. Вали і осі: а — вал ступінчастий; би — шпиндель металоріжучого верстата; у — вал колінний.

Мал. 1. Корпусні деталі: а — плита; б — горизонтальна станина; у — стійка; г — портальна станина; д — корпус електродвигуна з кришками; е — корпус редуктора; ж — стіл.

Мал. 5. З'єднання: а — зварне; б — заклепувальне; у — клейове; г — різьбове.