Глава 1. Детали машин

1. Общие сведения о деталях машин

Машина — устройство, выполняющее механические движе­ния для преобразования энергии, материалов и информации с це­лью замены или облегчения физического или умственного труда.

Машины, рассматриваемые в настоящем учебнике, состоят из большого количества отдельных частей. Простейшие части машин, изготовленные без применения сборочных операций, на­зываются деталями. Многие из деталей различных по назначе­нию машин имеют одинаковую конструкцию, выполняют одина­ковые функции, находятся в одинаковых или тождественных условиях работы.

Группа деталей, работающих в комплексе и объединенных общим назначением, называется механизмом или узлом (напри­мер, редуктор, коробка передач). Поэтому изучение различных машин целесообразно начинать с рассмотрения устройства, рабо­ты и назначения отдельных деталей. К таким деталям относятся детали различных соединений и передач.

Различают детали общего и специального назначения. Де­тали общего назначения — винты, гайки, валы, муфты, подшип­ники и т.д, применяются почти во всех машинах. Детали специ­ального назначения встречаются только в некоторых машинах. Например, в строительных машинах это — крюк подъемного крапп, зуб ковша экскаватора и т.д. Обеспечение эффективности рпПпты машины при длительном сроке службы в значительной гтрппнп определяется прочностью, надежностью, долговечностью, илмнош’тпйкостью и жесткостью деталей и узлов.

2. Требования, предъявляемые к деталям машин

П амшнчшогти от назначении и условий производства детали машин и;и'<>'Г|тлннп10тсн из чугунных и стальных отливок, из стильных жншнпк и проката, из отливок, проката и штампован­ных загототнс, Hiiiполненных из сплавов цветных металлов, а тлкже из пластмасс.

Наиболее распространенными материалами для изготовле­нии деталей строительных и дорожных машин являются чугун и гтплъ, называемые черными металлами. Широкое применение при Изготовлении многих деталей машин получил чугун, обладающий хорошими литейными свойствами, низкой стоимостью и доста­точной прочностью. Сложные по конфигурации корпусные и дру-

б

гие детали отливаются из так называемого серого чугуна, пред­ставляющего собой железоуглеродистый сплав. При остывании этого сплава значительная часть углерода выделяется из него в виде графита, который равномерно распределяется по сечению отливки и придает чугуну серый цвет. Дет пли, и зготов ленные из серого чугуна, имеют ограниченную прочносп. при возникновении в них касательных напряжений (изгиб, кручение) или при воз­действии на них ударных нагрузок.

Из серого чугуна, обладающего свойством хорошо заполнять формы, изготавливают литые детали сложной конфигурации и не сильно нагруженные (корпусы, кожухи, нпсины, рычаги, крон­штейны и др.).

Для изготовления сложных но форм? деталей, в которых возникают значительные касательные напряжения, применяются отливки из высокопрочного и конкого чугу-ш, обладающие боль­шой прочностью.

Сталь (литейная или прокатная) применяется для изготов­ления более нагружаемых деталей. Но сравнительно плохая теку­честь в жидком состоянии, значительная усадка при остывании и высокая стоимость ограничивают ее применение. Поэтому из ста­ли отливаются в основном крупные, динамически нагружаемые и сложные по форме детали строительно-дорокных машин. Это хо­довые рамы, станины, ковши больших экскаваторов, корпуса камнедробилок, а из специальных износостойких высокомарган- цевистых сталей — зубья ковшей экскаваторов, рабочие органы камнедробильных машин и т.д.

Сильно нагружаемые детали более простых форм изготавли­ваются в основном из проката, материалом которого служат угле­родистые стали обыкновенного качества, углеродистые качествен­ные конструкционные, легированные конструкционные, а для наиболее нагруженных деталей — высоколегированные стали.

Для повышения прочности и твердости изготовленных из стали деталей их обычно подвергают термической обработке (за­калке, отпуску или нормализации).

Из цветных металлов наибольшее применение при изготов­лении деталей строительных и дорожных машин находят медь, алюминий, олово, свинец, цинк. Применяются они в виде сплавов (алюминиевые сплавы, латунь, бронза, баббит и др.).

В строительном машиностроении кроме металлов применя­ются и другие материалы, например, пластмасса, резина, стекло, асбест и др.

Наиболее широко распространены пластмассы нп основе синтетических смол. Они разделяются на слоистые (текстолит, гститтакс, асботекстолит) и термопластические материалы (плек­сиглас, винипласт, фторопласт). Пластмассы используют для из­готовления вкладышей подшипников, зубчатых колее, сепарато­ров подшипников качения, ремней, крепежных деталей, рукояток и др.).

Унификация и стандартизация машин и деталей обеспечи­вают максимальную взаимозаменяемость деталей и минимальную номенклатуру машин. Поэтому основные параметры любой ма­шины регламентируются типизированными рядами или ГОСТами, а размеры, материал и качество изготовления деталей всегда обу­словлены соответствующими стандартами.

Под агрегатированием понимается метод создания машин и оборудования путем компоновки их из унифицированных узлов и деталей, позволяющих значительно поднять серийность и качест­во производства.

Отличительным признаком агрегатирования является созда­ние не единичных машин, а их семейств, имеющих общность по своему функциональному назначению в различных отраслях на­родного хозяйства. К таким машинам относятся, например, само­ходные мобильные шинноколесные строительные машины и авто­транспорт, которые могут иметь одинаковые основные их базовые узлы и агрегаты, за исключением рабочего оборудования. Такой подход требует уже в процессе разработки проектировать много­функциональные семейства машин на основе сравнительно не­большой номенклатуры базовых сборочных единиц. Создание ши­рокой номенклатуры модификаций основных базовых машин для одного вида технологического процесса со значительным уровнем унификации (до 80...90%) позволит получить более высокие по­казатели в комплексной механизации строительства.

При изготовлении любой детали абсолютно точно обеспе­чить ее размеры затруднительно, да и не нужно. Возможные же при изготовлении деталей отклонения от заданных номинальных размеров устанавливаются ГОСТом, допуском на изготовление и предусмотренной посадкой.

Допуском называется разность между наибольшим и наи­меньшим предельными размерами. Поле допуска определяется как зона между верхним и нижним предельными отклонениями.

В зависимости от требований, предъявляемых к сочленяе­мым деталям, задаются различные значения допусков, характери- иующие квалитет точности.

Допуск определяется необходимой степенью точности дета­ли и экономической целесообразностью получения этой точности. Чем меньше допуск, тем тщательнее следует обрабатывать деталь, й пллдовательно, стоимость ее будет выше.

В зависимости от условий работы детали должны соеди­ниться с различной степенью подвижности друг относительно цругп. Характер соединения деталей определяется посадкой.

Погадкой называется характер сопряжения двух деталей, определяемый разностью их размеров, создающий большую или меньшую свободу их относительного перемещения или степень сопротивления взаимному смещению. Посадки разделяются на прессовые, переходные и подвижные.

Увеличение зазора между подвижными деталями увеличи­вает динамические воздействия, вызывает возрастание износа. Уменьшение зазора увеличивает трение, нагрей и может привести к заклиниванию подвижного соединения.

Между смежными деталями всегда возникает сила трения, зависящая от качества поверхности деталей и свойств материалов, а также от силы, с которой детали прижимаются одни к другой, т.е. нормального давления между поверхностями.

В подвижных соединениях стремятся уменьшить силу тре­ния, поскольку она мешает движению, увеличивая расход энер­гии. Достигается это уменьшением шероховатости, применением антифрикционных материалов, разобщением поверхностей слоем смазки.

При отсутствии смазки трущихся поверхностей (как это бы­вает в тормозах и большинстве фрикционных муфт) возникает так называемое сухое трение, при котором основными становятся механические силы. При полном же разделении трущихся по­верхностей слоем смазки трение называется жидкостным. Воздей­ствие влаги и кислорода атмосферы приводит к окислению и раз­рушению поверхности металлических деталей так называемой коррозии, поэтому металлы покрывают антикоррозийными по­крытиями.

Антикоррозийное покрытие — тонкое покрытие на деталях для защиты их от коррозии. Различают антикоррозийные покры­тия металлические (цинкование, никелирование, хромирование, меднение и др.); лакокрасочные, покрытия резиной, пластмассой, битумом.