ДЕТАЛИ МАШИН
(от франц. detail -подробность),
элементы машин, каждый из к-рых представляет собой одно целое и не может
быть без разрушения разобран на более простые, составные звенья машин.
Д. м. является также научной дисциплиной, рассматривающей теорию, расчёт
и конструирование машин.
Число деталей в сложных машинах достигает
десятков тысяч. Выполнение машин из деталей прежде всего вызвано необходимостью
относительных движений частей. Однако неподвижные и взаимно неподвижные
части машин (звенья) также делают из отдельных соединённых между собой
деталей. Это позволяет применять оптимальные материалы, восстанавливать
работоспособность изношенных машин, заменяя только простые и дешёвые детали,
облегчает их изготовление, обеспечивает возможность и удобство сборки.
Д. м. как научная дисциплина рассматривает
следующие осн. функциональные группы.
Корпусные детали (рис. 1), несущие механизмы
и другие узлы машин; плиты, поддерживающие машины, состоящие из отд. агрегатов;
станины, несущие осн. узлы машин; рамы трансп. машин; корпусы ротационных
машин (турбин, насосов, электродвигателей); цилиндры и блоки цилиндров;
корпусы редукторов, коробок передач; столы, салазки, суппорты, консоли,
кронштейны и др.
Рис. 1. Корпусные детали: а - плита;
б
- горизонтальная станина; в-стойка; г- портальная станина;
д
-корпус электродвигателя с крышками; е-корпус редуктора;
ж
-стол.
Передачи - механизмы, передающие механич.
энергию на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов,
иногда с преобразованием видов и законов движения. Передачи вращательного
движения, в свою очередь, делят по принципу работы на передачи зацеплением,
работающие без проскальзывания,- зубчатые передачи (рис. 2, а,
б), червячные передачи (рис. 2, в) и цепные, и передачи трением - ремённые
передачи и фрикционные с жёсткими звеньями. По наличию промежуточного
гибкого звена, обеспечивающего возможность значительных расстояний между
валами, различают передачи гибкой связью (ремённые и цепные) и передачи
непосредственным контактом (зубчатые, червячные, фрикционные и др.). По
взаимному расположению валов - передачи с параллельными осями валов (цилиндрические
зубчатые, цепные, ремённые), с пересекающимися осями (конические зубчатые),
с перекрещивающимися осями (червячные, гипоидные).
Рис. 2. Передачи: а-зубчатая цилиндрическая;
б-зубчатая
коническая; в-червячная.
По осн. кинематич. характеристике - передаточному
отношению -различают передачи с постоянным передаточным отношением (редуцирующие,
повысителыше) и с переменным передаточным отношением - ступенчатые (коробки
передач) и бесступенчатые (вариаторы). Передачи, преобразующие
вращательное движение в непрерывное поступательное или наоборот, разделяют
на передачи винт - гайка (скольжения и качения), рейка - реечная шестерня,
рейка - червяк, длинная полугайка - червяк.
Рис. 3. Валы и оси: а-вал ступенчатый;
б-шпиндель
металлорежущего станка; в-вал коленчатый.
Валы и оси (рис. 3) служат для поддерживания
вращающихся Д. м. Различают валы передач, несущие детали передач - зубчатые
колёса, шкивы, звёздочки, и валы коренные и специальные, несущие, кроме
деталей передач, рабочие органы двигателей или машин орудий. Оси, вращающиеся
и неподвижные, нашли широкое применение в трансп. машинах для поддержания,
напр., неведущих колёс. Вращающиеся валы или оси опираются на подшипники
(рис.
4), а поступательно перемещающиеся детали (столы, суппорты и др.) движутся
по направляющим. Опоры скольжения могут работать с гидродинамич.,
аэродинамич., аэростатич. трением или смешанным трением.
Рис. 4. Подшипники: а-шариковый; б-
роликовые
цилиндрический и конический; в-скольжения.
Опоры качения шариковые применяются при
малых и средних нагрузках, роликовые - при значительных нагрузках, игольчатые
- при стеснённых габаритах. Наиболее часто в машинах используют подшипники
качения, их изготавливают в широком диапазоне наружных диаметров от одного
мм
до
неск. м и массой от долей г до неск. т.
Для соединения валов служат муфты. Эта
функция может совмещаться с компенсацией погрешностей изготовления и сборки,
смягчением динамич. воздействий, управлением и т. д.
Упругие элементы предназначаются для виброизоляции
и гашения энергии удара, для выполнения функций двигателя (напр., часовые
пружины), для создания зазоров и натяга в механизмах. Различают витые пружины,
спиральные пружины, листовые рессоры, резиновые упругие элементы и т. д.
Соединительные детали являются отдельной
функциональной группой. Различают: неразъёмные соединения, не допускающие
разъединения без разрушения деталей, соединительных элементов или соединительного
слоя -сварные (рис. 5, а), паяные, заклёпочные (рис. 5, б), клеевые
(рис. 5, в), вальцованные; разъёмные соединения, допускающие
разъединение и осуществляемые взаимным направлением деталей и силами трения
(большинство разъёмных соединений) или только взаимным направлением (напр.,
соединения призма-тич. шпонками). По форме присоединительных поверхностей
различают соединения по плоскостям (большинство) и по поверхностям вращения
- цилиндрической или конической (вал - ступица). Широчайшее применение
в машиностроении получили сварные соединения. Из разъёмных соединений наибольшее
распространение получили резьбовые соединения, осуществляемые винтами,
болтами, шпильками, гайками (рис. 5, г).
Рис. 5. Соединения: а-сварное; б-заклёпочное;
в-клеевое; г -резьбовое.
Прообразы многих Д. м. известны с глубокой
древности, самые ранние из них - рычаг и клин. Более 25 тыс. лет назад
человек стал применять пружину в луках для метания стрел. Первая передача
гибкой связью была использована в лучковом приводе для добывания огня.
Катки, работа к-рых основана на трении качения, были известны более 4000
лет назад. К первым деталям, приближающимся по условиям работы к современным,
относятся колесо, ось и подшипник в повозках. В древности и при строительстве
храмов и пирамид пользовались воротами и блоками. Платон
и Аристотель (4 в. до н. э.) упоминают в своих сочинениях о металлич. цапфах,
зубчатых колёсах, кривошипах, катках, полиспастах. Архимед применил в водоподъёмной
машине винт, по-видимому, известный и ранее. В записках Леонардо да Винчи
описаны винтовые зубчатые колёса, зубчатые колёса с вращающимися цевками,
подшипники качения и шарнирные цепи. В литературе эпохи Возрождения имеются
сведения о ремённых и канатных передачах, грузовых винтах, муфтах. Конструкции
Д. м. совершенствовались, появились новые модификации. В кон. 18 - нач.
19 вв. широкое распространение получили заклёпочные соединения в котлах,
конструкциях ж.-д. мостов и т. п. В 20 в. заклёпочные соединения постепенно
вытеснялись сварными. В 1841 Дж. Витвортом в Англии была разработана система
крепёжных резьб, явившаяся первой работой по стандартизации в машиностроении.
Применение передач гибкой связью (ремённой и канатной) было вызвано раздачей
энергии от паровой машины по этажам фабрики, с приводом трансмиссий и т.
д. С развитием индивидуального электропривода ремённые и канатные передачи
стали использовать для передачи энергии от электродвигателей и первичных
двигателей в приводах лёгких и средних машин. В 20-е гг. 20 в. широко распространились
клиноремённые передачи. Дальнейшим развитием передач с гибкой связью являются
многоклиновые и зубчатые ремни. Зубчатые передачи непрерывно совершенствовались:
цевочное зацепление и зацепление прямобочного профиля со скруглениями было
заменено циклоидальным, а потом эвольвентным. Существенным этапом было
появление круговинтового зацепления М. Л. Новикова. С 70-х годов 19 в.
начали широко применяться подшипники качения. Значительное распространение
получили гидростатич. подшипники и направляющие, а также подшипники с воздушной
смазкой.
Материалы Д. м. в большой степени определяют
качество машин и составляют значительную часть их стоимости (напр., в автомобилях
до 65-70% ). Осн. материалами для Д. м. являются сталь, чугун и цветные
сплавы. Пластич. массы применяют как электроизолирующие, антифрикционные
и фрикционные, корро-зионностойкие, теплоизолирующие, высокопрочные (стеклопласты),
а также как обладающие хорошими технологич. свойствами. Резины используют
как материалы, обладающие высокой упругостью и износостойкостью. Ответственные
Д. м. (зубчатые колёса, сильно напряжённые валы и др.) выполняют из закалённой
или улучшенной стали. Для Д. м., размеры к-рых определяются условиями жёсткости,
используют материалы, допускающие изготовление деталей совершенных форм,
напр, незакалённую сталь и чугун. Д. м., работающие при высоких темп-рах,
выполняют из жаростойких или жаропрочных сплавов. На поверхности Д. м.
действуют наибольшие номинальные напряжения от изгиба и кручения, местные
и контактные напряжения, а также происходит износ, поэтому Д. м. подвергают
поверхностным упрочнениям: хими-ко-термич., термич., механич., термо-ме-ханич.
обработке.
Д. м. должны с заданной вероятностью быть
работоспособными в течение определённого срока службы при минимально необходимой
стоимости их изготовления и эксплуатации. Для этого они должны удовлетворять
критериям работоспособности: прочности, жёсткости, износостойкости, теплостойкости
и др. Расчёты на прочность Д. м., испытывающих переменные нагрузки, можно
вести по номинальным напряжениям, по коэффициентам запаса прочности с учётом
концентрации напряжений и масштабного фактора или с учётом переменности
режима работы. Наиболее обоснованным можно считать расчёт по заданной вероятности
и безотказной работы. Расчёт Д. м. на жёсткость обычно осуществляют из
условия удовлетворит, работы сопряжённых деталей (отсутствие повышенных
кромочных давлений) и условия работоспособности машины, напр, получения
точных изделий на станке. Для обеспечения износостойкости стремятся создать
условия для жидкостного трения, при к-ром толщина масляного слоя должна
превышать сумму высот микронеровностей и др. отклонений от правильной геометрич.
формы поверхностей. При невозможности создания жидкостного трения давление
и скорости ограничивают до установленных практикой или ведут расчёт на
износ на основе подобия по эксплуатац. данным для узлов или машин того
же назначения. Расчёты Д. м. развиваются в след, направлениях: расчётная
оптимизация конструкций, развитие расчётов на ЭВМ, введение в расчёты фактора
времени, введение вероятностных методов, стандартизация расчётов, применение
табличных расчётов для Д. м. централизованного изготовления. Основы теории
расчёта Д. м. были заложены исследованиями в области теории зацепления
(Л. Эйлер, X. И. Гохман), теории трения нитей на барабанах (Л. Эйлер и
др.), гидродина-мич. теории смазки (Н. П. Петров, О. Рейнольде, Н. Е. Жуковский
и др.). Исследования в области Д. м. в СССР проводятся в Ин-те машиноведения,
Н.-и. ин-те технологии машиностроения, МВТУ им. Баумана и др. Осн. периодич.
органом, в к-ром публикуются материалы о расчёте, конструировании, применении
Д. м., является "Вестник машиностроения".
Развитие конструирования Д. м. происходит
в след, направлениях: повышение параметров и разработка Д. м. высоких параметров,
использование оптимальных возможностей механических с твёрдыми звеньями,
гидравлич.,электрич., электронных и др. устройств, проектирование Д. м.
на срок до морального старения машины, повышение надёжности, оптимизация
форм в связи с новыми возможностями технологии, обеспечение совершенного
трения (жидкостного, газового, качения), герметизация сопряжений Д. м.,
выполнение Д. м., работающих в абразивной среде, из материалов, твёрдость
к-рых выше твёрдости абразива, стандартизация и организация централизованного
изготовления.
Лит..-Детали машин. Атлас конструкций,
под ред. Д. Н. Решетова, 3 изд., М., 1968; Детали машин. Справочник, т.
1 - 3, М., 1968 - 69. Д. Н. Решетов.
А Б В Г Д Е Ё 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