Черчение

В любой работающей машине все детали испытывают действие нагрузок и в процессе эксплуатации (конечно, в разной степени) изменяют свою фор­му и размеры.

Изменения формы и размеров тел под действием внешних сил называют деформациями. Величина деформации тел зависит главным образом от характера действующих на них сил, то есть от их величины и направле­ния, размеров тел и механических свойств материала.

Деталей в машине много, и на каждую из них действуют разнообраз­ные нагрузки. Одни нагрузки растягивают или сжимают детали, другие изгибают, третьи скручивают. Многие детали подвергаются сложному воздействию нагрузок, которые одновременно растягивают и изгибают, скручивают и сжимают детали. Не все нагрузки, действующие на дета­ли, постоянны по величине и направлению. Действие всех сил должно быть учтено при конструировании. Ведь от того, насколько правильно будут рассчитаны детали машин на прочность, зависит не только целост­ность машины, но и безопасность людей, обслуживающих и эксплуати­рующих ее.

Чем точнее будут установлены величины внешних сил, действующих на детали машины, тем рациональнее можно предусмотреть запас ее прочнос­ти и, следовательно, тем полнее будет использован материал для ее изготов­ления.

Методы расчета машин и сооружений на прочность, жесткость и устой­чивость отражены в одном из разделов технической механики — сопротив­лении материалов. Наука о сопротивлении материалов базируется не толь­ко на общеизвестных положениях механики, но и на экспериментальных данных, полученных в результате испытаний материалов на растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.

При конструировании машины всегда возникает вопрос, какие размеры нужно назначить деталям, входящим в нее. Если эти размеры задать чрез­мерно большими, то машина получится тяжелой, металлоемкой, то есть по­требляющей большое количество металла. При слишком малых размерах может получиться машина ненадежная в эксплуатации из-за недостаточ­ной износоустойчивости деталей.

Для того, чтобы проектируемое изделие было надежно в работе и эконо­мически целесообразно, необходимо рассчитать его конструкцию, то есть дать оценку прочности. Этот процесс обычно осуществляется в такой последовательности .

1.   Реальную конструкцию приводят к так называемой расчетной схеме. Для одной и той же конструкции может быть предложено несколько рас­четных схем, в зависимости от того, что именно в каждом конкретном слу­чае интересует конструктора.

Основной упрощающий прием — приведение геометрической формы те­ла, рассчитываемого на прочность, к одному из следующих простейших ви­дов: брус, оболочка, пластина и массив.

К форме бруса. Под брусом понимают всякое тело, одно из измерений которого (длина) много больше двух других. Брус с прямолинейной осью часто называют стержнем.

К форме оболочки — тела, ограниченного двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми мало по сравнению с другими размерами.

К форме пластины. Под пластиной понимают тело, ограниченное двумя плоскими поверхностями, когда одно из измерений тела (толщина) намного меньше двух других.

К форме массива — тело, у которого все три размера, его составляю­щие, одного порядка.

2.    Пользуясь законами механики, определяют нагрузки, действующие на детали и характер их изменения. Затем по этим усилиям рассчитывают детали на прочность, жесткость, вибрацию, долговечность и т. д. Таким об­разом, обосновывают наивыгоднейшие режимы работы машины, размеры и формы деталей.

С расчетной точки зрения все детали любой машины подразделяются на: нагруженные детали, размеры основных элементов которых определяют расчетным путем (например, валы, оси, зубчатые колеса, звездочки, ответ­ственные крепежные детали, пружины и др.);

нагруженные детали, размеры основных элементов которых нельзя или весьма трудно рассчитать. Размеры таких деталей устанавливаются на основании компоновочных и конструктивно-технологических сообра­жений. К данной категории деталей можно отнести корпус и крышку ре­дуктора, главным критерием работоспособности которых является их жесткость;

детали, практически не испытывающие нагрузок, все размеры которых устанавливают исходя из конструктивных соображений. К этой категории деталей относятся крышки смотровых отверстий, распорные втулки, стака­ны, кольца и др.

Таким образом, расчетным путем определяют размеры только основных элементов первой категории деталей.

3.   Выбирают материал для изготовления изделия. При выборе материа­ла всегда учитывают следующие основные требования: материал должен обеспечивать необходимую прочность и надежность конструкции в работе, ее минимальную стоимость, обладать оптимальными технологическими свойствами.

Сведения о материалах обычно берут из справочников, где приведены различные характеристики материалов, полученные при испытании стан­дартных образцов в стандартных условиях.

4.   Предварительно рассчитывают некоторые наиболее характерные раз­меры изделия по тем критериям работоспособности, которые являются в данном случае наиболее важными, и согласовывают эти размеры с действу­ющими стандартами.

Надежный расчет возможен тогда, когда известны форма и абсолют­ные размеры детали, а также другие данные, характеризующие ее рабо­ту в сборочной единице. Предварительные расчеты позволяют опреде­лить лишь исходные размеры для проектирования детали и сборочной единицы.

5.   На общем виде сборочной единицы прорабатывают все детали, а затем производят деталировку, то есть подробную конструктивную разработку деталей с указанием на рабочем чертеже всех ее размеров, допусков и поса­док, классов шероховатости поверхностей, специальных технологических требований (термообработки, покрытий и др.).

6.   На заключительном этапе производят проверочные расчеты по основ­ным критериям работоспособности, то есть определяют запасы прочности в расчетных сечениях, деформации (прогибы, углы закручивания), критиче­ские скорости и т. д., и сопоставляют их величины с допустимыми значени­ями. В тех случаях, когда требуемое соответствие между этими величинами не обеспечивается, в конструкцию вводят изменения, после чего вновь про­изводят проверочные расчеты.

Последовательным приближением удается обеспечить требуемое соот­ветствие между расчетными и допустимыми значениями запасов прочнос­ти, прогибов и т. д.

В процессе проектирования всегда стремятся найти оптимальное реше­ние, для чего разрабатывают несколько вариантов конструкции, затем их сопоставляют, оценивают и выбирают из них наиболее подходящий.