Детали машин и основы конструирования. Основы проектирования, критерии работоспособности и расчета деталей машин. (Лекция 1) презентация

Условные обозначения
- очень важно для понимания всей темы в целом!
- необходимо записать!
- рисунок (схему) занести в конспект!
- знать вывод формулы!
- спросить, если непонятно!
- самостоятельно повторить решение задачи!
- просмотреть по теме другие литературные источники!
- 99% вероятность дополнительного вопроса на экзамене!
- проверить размерность формулы!

Введение. Цели и задачи дисциплины
Предметом изучения дисциплины «ДМ и ОК» являются:
–процессы и явления, происходящие в технических устройствах;
–оценка напряженного состояния элементов;
–критерии работоспособности деталей машин;
–методы расчета и конструирования элементов машин с целью определения размеров и рациональных форм, обеспечивающих заданную надежность, ресурс, массогабариты и высокие технико-экономические показатели машин.
Целью преподавания дисциплины «ДМ и ОК» является обучение студентов современным методам конструирования и выполнения инженерных расчетов элементов машины.
В результате изучения курса студенты должны знать:
основы классификации и типовые конструкции деталей и узлов машин;
методы проектирования, обеспечивающие разработку рациональных конструкций, исходя из заданных технических требований, условий работы технической системы и производственно-экономических возможностей;
критерии работоспособности деталей машин;
основы инженерного расчета деталей машин.

Введение. Цели и задачи дисциплины
Изучение дисциплины «ДМ и ОК» базируется
на знании следующих учебных курсов:
высшая и прикладная математика; физика; теоретическая механика;
теория упругости; сопротивление материалов; теория машин и механизмов; гидромеханика и газовая динамика; теория колебаний; триботехника; материаловедение и технология металлов; основы метрологии и взаимозаменяемости; программирование; электротехника; инженерная графика и машиностроительное черчение; теория надежности; теплопередача.
УМЕТЬ:
1) на основании технических заданий выполнять синтез кинематических и конструктивных схем механизмов;
2) выполнять кинематический расчет механических приводов и рациональный выбор двигателей;
3) выявлять главные критерии работоспособности для конкретной детали;
4) выполнять проектировочные и проверочные расчеты деталей на статическую прочность, выносливость, жесткость и износостойкость;
5) проводить тепловые и динамические расчеты;
6) рационально выбирать конструктивные материалы и термообработку деталей для выполнения заданных функций;
7) формулировать техническое задание на проектирование исходя из конкретных условий работы механизмов;
8) выполнять проектные, проверочные и оптимизационные расчеты деталей машин с использованием ЭВМ;
9) выполнять (разрабатывать) и читать чертежи и схемы;
10) разрабатывать конструкцию простых типовых деталей машин и механизмов.

Рекомендуемая литература
и учебно-методическое обеспечение
Теоретические основы дисциплины
Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. Изд. 6-е. М.: Высшая школа, 1998.
Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов. Изд. 4-е. М.: Машиностроение, 1989.
Иосилевич Г.Б. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1988.
Орлов П.И. Основы конструирования.-М.: Машиностроение, т.1,т.2, 1988.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. − 7-е изд., испр. − М.: Высш. шк., 2001. − 447 с.: ил.
Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Изд-во АПМ,2000–472 с.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. – М.: Машиностроение, 2001.
Джонс Д.К. Методы проектирования. –М; Мир, 1986-326 с.
Гузенков П.Г. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1982.
Заблонский К.И. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. − Киев.:Вища. школа, 1985. − 518 с.
Иосилевич Г.Б. Строганов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная механика
Дополнительно
Кудрявцев В.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1980.
Кузьмин К.Н. Расчеты деталей машин. - М.: ВШ, 1988.
Проников А.С. Надежность машин-М: Машиностроение., 1998 –592 с.
Решетов Д.Н. Расчет деталей машин на ЭВМ. Учебное пособие для вузов. Высшая школа, 1985.
Ряховский О.А., Иванов С.С. Справ. по муфтам. - Л.: Политехника, 1991.
Снесарев Г.А. Конструирование редукторов. Методические рекомендации по технической механике. Выпуск 6.-М.: Высшая школа, 1982.
Чернавский С.А, Снесарев Г.А.и др. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие. - М.: Машиностроение,1984.

Рекомендуемая литература
и учебно-методическое обеспечение
Литература по выполнению курсового проекта и расчетно-графических работ
Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин. Курсовое проектирование. Учеб. пособие для машиностроит. Вузов. М., «Высшая школа», 1975. [и более поздние издания]
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Высш. шк., 1991. – 432.: ил.
Дунаев П.Ф.. Леликов. О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. Учеб. пособие для вузов. – М.: Машиностроение, 2004 г. – 560 с.
Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение.
Справочная литература
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Изд. 8-е в 3-х тт. - М.: Машиностроение,1999.
Детали машин. Атлас конструкций. Под ред. Решетова Д.Н. Изд. 5-е в двух частях. М.: Машиностроение, 1992.
Конструкционные материалы: Справочник. Под общ. Редак. Б.Н.Арзамасова.-М: Машиностроение, 1990. –688 с.
Машиностроение. Энциклопедия. М.: Машиностроение, 1995. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. Т. IV-1/Под общ. ред. Д.Н. Решетова.
Электротехнический справочник. Под. Ред. Орлова И.Н. Т2-М: Энергоатомиздат, 1985, -711 с.
Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: Справочное пособие для инженеров и конструкторов в 5 томах. –М; Наука, 1979 г.

Основные характеристики: назначение и область применения, способ управления, мощность и производительность, коэффициент полезного действия, масса, габаритные размеры, стоимость.
Основные требования:
Работоспособность –
Надежность –
Технологичность –
Экономичность – свойство конструкции, обусловленное снижением затрат на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.
Эргономичность – свойство конструкции, связанное с совершенством и красотой внешних форм и удобством обслуживания и эксплуатации.
Основные характеристики и требования,
предъявляемые к машинам и механизмам
Любой технический объект описывается характеристиками, по которым его можно сравнить с другими подобными объектами, а при проектировании и эксплуатации технического объекта он должен отвечать требованиям, что будет соответствовать его удовлетворительной работе при его высокой конкурентоспособности.

Выполнение указанных требований обеспечивается в ходе проектирования, изготовления и эксплуатации машин и механизмов.
Проектирование является одним из ключевых этапов разработки машин, в ходе которой закладываются их будущие параметры качества.
Чаще всего под словом “проектирование” подразумевают практическую деятельность, направленную на удовлетворение потребностей людей.
Проектирование включает в себя:
Конструирование –
Основные этапы проектирования машин

Критерии работоспособности
и расчета деталей машин
Работоспособность и надежность деталей машин характеризуется определенными критериями:
Расчет по данным критериям должен обеспечивать такие параметры деталей машин (размеры и материалы) чтобы они могли сохранять свои эксплуатационные показатели, выполнять заданные функции в течении заданного срока службы и при это иметь минимальную стоимость изготовления и эксплуатации.
ВАЖНО: Не все критерии равнозначны для различных деталей. При расчетах выделяют 1-2 наиболее важных критерия, а остальные являются второстепенными.
Для практического выполнения указанных требований необходимо перейти от конкретной детали к ее модели. При этом точность определения характеристик детали существенно зависит от того, насколько адекватно построенная модель описывает реальную деталь.

Особенности инженерного расчета
ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ – ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ!
Проектировочный расчет –
Проверочный расчет –
При выполнении инженерных расчетов всегда переходят от реального объекта к его модели!
Модель –
При построении модели учитывают только наиболее значимые факторы с точки зрения изучения той или иной характеристики объекта. Учет всех факторов принципиально невозможен. Для одного и того же объекта может быть предложено несколько расчетных схем. С другой стороны, одной расчетной схеме может соответствовать несколько реальных объектов.

Виды изнашивания
Механическое изнашивание в основном определяется абразивным изнашиванием, т.е. изнашивание посторонними твердыми частицами. Абразивное изнашивание проявляется в виде:
2. Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при схватывании).
3. Коррозионно-механическое изнашивание
Критерии работоспособности
и расчета деталей машин

Тепловой расчет
Q1 Q2
Q1 – выделяемое тепло; Q2 – отводимое тепло.
[тепловыделение за единицу времени должно быть меньше или равно теплоотдаче]
В общем случае
Q1=
Где – мощность источников тепла внутри машины; – коэффициент рассеивания энергии.
Q2= ,
где – коэффициент теплоотдачи; – площадь поверхности теплообмена с окружающей средой; – температура внутри машины; – температура окружающей среды.
В случае невыполнения условия теплового баланса необходимо вводить конструкцию элементы для дополнительного охлаждения: увеличивать площадь теплообмена с помощью ребер охлаждений (конвективный теплообмен) или введение циркуляционной системы охлаждения с использованием жидкости.
Для тепловых машин используют более точные методы расчетов полей температур, рассматриваемых в теории теплопередачи.
Критерии работоспособности
и расчета деталей машин

Критерии работоспособности
и расчета деталей машин
НАДЕЖНОСТЬ
Надежность (общая) —
Безотказность —
Долговечность —
Ремонтопригодность —
Сохраняемость —

Отказ –
По виду отказа:
функциональные –
параметрические –
по своей природе могут быть связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломка, выкрашивание, износ, коррозия) или не связаны с разрушением (засорение каналов, ослабление соединений).
отказы бывают полные и частичные:
внезапные (например, поломки);
постепенные (изнашивание, коррозия и др.);
постепенные по развитию, но внезапные
по проявлению (усталость);
опасные для жизни человека,
тяжелые и легкие;
устранимые и неустранимые.
по времени возникновения отказы делятся на:
I – приработочные (возникающие в первый период эксплуатации и связанные с отсутствием приработки и с попаданием в сборку дефектных элементов);
II – отказы при нормальной эксплуатации (до проявления постепенных износовых отказов);
III – износовые отказы.
График интенсивности отказов
Критерии работоспособности
и расчета деталей машин

Основным показателем безотказности является вероятность P(t) безотказной работы в течение заданного времени или наработки
P(t)= ,
где – общее число изделий в партии; – число работающих изделий.
Вероятность отказа
Q(t)= ,
где – число отказавших изделий.
Основное уравнение теории надежности
P(t)+Q(t)=1.
Средняя наработка до отказа –
Интенсивность отказов – отношение числа отказов Nотк за промежуток времени t к числу работоспособных объектов Nраб
λ= Nотк / t∙Nраб
Вероятность безотказной работы по закону нормального распределения
Для постепенных отказов справедлив закон распределения, который дает вначале низкую плотность вероятности отказов, затем максимум и далее падение, связанное с уменьшением числа элементов, оставшихся работоспособными.
Критерии работоспособности
и расчета деталей машин

Надежность системы из n последовательно расположенных элементов.
Надежность системы из n параллельно расположенных элементов.
Система из совокупности параллельно и последовательно
расположенных элементов.
Критерии работоспособности
и расчета деталей машин