Лекции по курсу «Детали машин» Автор : доц.

Лекции по курсу «Детали машин» Автор : доц. Веремеевич Анатолий Николаевич

Рекомендуемая литература: 1.Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. Пособие для техн. спец.вузов – М.: Высш. шк., 2000. 2. Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1989. 4. Дудко Т.А. Детали машин и основы конструирования. Учеб.-метод. пособие для курсового проектирования. – М.: МИСиС, 2005. 5. Попов В.Д., Ирошников С.А. Атлас конструкций: Основы конструирования узлов и деталей машин. - М.: МИСиС, 2000. 3. Веремеевич А.Н., Морозова И.Г., Герасимова А.А., Детали машин и основы конструирования: разработка рабочих чертежей. Учеб.-метод. пособие -М.: МИСиС, 2004.

Содержание курса: Раздел 1. Общие сведения о деталях машин. Критерии работоспособности и расчета деталей машин . Раздел 2. Механические передачи . Раздел 3. Валы и опоры . Раздел 4. Муфты и соединения . Раздел 5. Типовые конструктивные решения инженерных задач.

Введение

Немного истории К самым первым по времени появления, как известно, относятся рычаг и клин Прообразом современных передач гибкой связью следует считать лучковый привод вращения для добывания огня, выполнявшийся наподобие лука, тетива которого обматывается вокруг вращаемого стержня. При возврат-поступательном движении лука вдоль тетивы стержень получает возвратно-вращательное движение.. Более 25 тыс. лет назад, человек научился применять пружину в луках для метания стрел.

Применение катков, т.е. замена трения скольжения трением качения, было известно свыше 4000 лет назад. К первым деталям из числа работающих в условиях, близких к условиям работы в машинах, следует отнести колесо, ось и подшипник повозок. Известно применение ворота и блока в древности при строительстве. В сочинениях древних философов (Платон «Государство»; Аристотель «Механические проблемы») имеются сведения о применении в древней Греции за 3,5 тыс. лет до н.э. металлических цапф, зубчатых колес, кривошипов, катков, полиспастов. Архимед (287 – 212 г.до н.э.) применил для водоподъемной машины винт, по-видимому, известный ранее.

Архиме́д (Ἀρχιμήδης; 287 до н. э.) — 212 до н. э.) — древнегреческий математик, физик, механик и инженер из Сиракуз

Схема устройства 'весов Архимеда' (из арабского сочинения ал-Хазини 'Книга о весах мудрости', XII в. н. э.)

Греческие моряки, по-видимому, умели вытаскивать на берег даже крупные суда с помощью рычагов и блоков, По легенде, во время осады римский флот был сожжён защитниками города, которые при помощи зеркал и отполированных до блеска щитов сфокусировали на них солнечные лучи по приказу Архимеда.

Военные машины (Древняя Греция и Рим) а - таран; б - гелеопола

Винт Архимеда Машина состоит из винта внутри полой трубы. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить как наклонную плоскость, навёрнутую на цилиндр.

Архимедов винт, винт Архимеда — механизм, исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду, жившему в III веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека.

Современные архимедовы винты, используемые для осушения в Голландии

Архимед переворачивает планету Земля

Леонардо создал гениальный и невероятно загадочный портрет — портрет Джоконды (Моны Лизы).

Дама с горностаем, 1485-1490 Мадонна Бенуа, 1478

Архимедов винт в шведском посёлке

В сочинениях Поллиона Витрувия «Архитектура» (16 13 лет до н.э.) описывается водоподъемная машина с ковшами, укрепленными на цепи. У Папа Александрийского (284…305 г) описан редуктор из зубчатых и червячных передач. Зубчатые передачи тогда выполняли в виде цевочных . У монаха Теофила Пресбитера (1100 г.) имеются данные о применении маховика. В записках Леонардо да Винчи (1452-1519 г.) описаны винтовые зубчатые колеса с перекрещивающими осями, зубчатые колеса с вращающимися цевками, подшипники качения, шарнирные цепи и разные машины.

Редуктор

Редуктор одноступенчатый

Зубчатая передача

Леонардо да Винчи

Самодвижущаяся повозка да Винчи была трехколесной и приводилась в движение заводным пружинным механизмом. Два задних колеса были независимы друг от друга, а их вращение производилось сложной системой шестеренок. Кроме переднего колеса, было еще одно — маленькое, поворотное, которое размещалось на деревянном рычаге.

Леонардо Да Винчи ездил на автомобиле Автомобиль Леонардо Да Винчи действительно движется Итальянцы построили автомобиль Да Винчи

Леонардо да Винчи зубчатая передача

Вертолет

Леонардо да Винчи зубчатая передача, используемая в часовом механизме

Леонардо да Винчи проекционный аппарат

Леонардо да Винчи зубчатая передача, используемая в так называемом «автомобиле Леонардо»

Леонардо да Винчи цепные механизмы

Герон Александрийский

Одометр (внешний вид Одометр - тележка на двух колесах специально подобранного диаметра. Колеса поворачивались ровно 400 раз на миллиатрий (древняя мера длины, равная 1598 м). Посредством зубчатой передачи во вращение приводились многочисленные колеса и оси, а индикатором пройденного расстояния были камешки, выпадавшие в специальный лоток. Для того, чтобы узнать, какое расстояние было пройдено, нужно было лишь подсчитать количество камешков в лотке.

Схема "магического" открывания дверей в храме Нагретый от огня воздух поступал в сосуд с водой и выдавливал определенное количество воды в подвешенную на канате бочку. Бочка, наполняясь водой, опускалась вниз и с помощью каната вращала цилиндры, которые приводили в движение поворотные двери. Двери раскрывались. Когда огонь гас, вода из бочки переливалась обратно в сосуд, а подвешенный на канате противовес, вращая цилиндры, закрывал двери.

Барулк Это устройство представляет собой ни что иное, как редуктор, который используется в качестве лебедки. Барулк Герона состоит из нескольких зубчатых колес, приводимых в движение ручной силой, причем Герон принимает отношение диаметра колеса к диаметру оси равным 5:1, предварительно допустив, что подлежащий поднятию груз весит 1000 талантов (25 т), а движущая сила равна 5 талантам (125 кг).

Лебедка (120 г. до нашей эры).

Антикитерский механизм механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем античном судне недалеко от острова Антикитера (Αντικύθηρα). Датируется приблизительно 100…150-м годом до н. э.

Антикитерский механизм после реконструкции

Анализ артефакта привел к потрясающим результатам. В ходе анализа устройства, которое не пощадило время, использовались методы трехмерной компьютерной томографии. Механизм сохранился лишь фрагментарно (предмет пролежал под водой около 2000 лет)

Механизм содержит большое число бронзовых шестерён в деревянном корпусе, на котором размещены циферблаты со стрелками и, по реконструкции, использовался для расчёта движения небесных тел. Другие устройства подобной сложности неизвестны в эллинистической культуре. В нём используется дифференциальная передача, которая, как ранее считалось, изобретена не раньше XVI века, а уровень миниатюризации и сложность сопоставимы с механическими часами XVIII века. Прецизионный механический компьютер ?

Башенные часы зимнего дворца Пусковое зубчатое колесо механизма хода расположено на оси грузового барабана и совершает один оборот в час. На окружности колеса находятся на одинаковом расстоянии четыре штифта, которые каждые 15 минут поднимают пусковой рычаг и приводят в движение механизм боя четвертей

В литературе эпохи Возрождения имеются данные о применении канатных ременных передач, грузовых винтов, муфт. Терентий Иванович Волосков из Ржева будучи юношей в первой половине XVIII века смастерил часы весом в четыре пуда. Часы были сделаны из глины, но время указывал очень точно. После часов глиняных Волосков сделал часы из дерева. Терентий подрос и выточил детали новых часов из металла. Часовой автомат Волоскова указывал не только годы, числа или время суток, - это был как бы подвижной «месяцеслов», совмещенный с общей картиной небосвода: катилось по кругу золотое солнце, восходила серебряная луна, все двигалось, все вращалось, все было размеренно и точно, как в самой природе…

Портрет И. П. Кулибина (Эрмитаж)Дата рождения:21 апреля 1735Место рождения:Подновье, Нижегородский уездГражданство:Российская империяДата смерти:11 августа 1818Место смерти:Нижний Новгород

. В часы размером с гусиное яйцо был установлен механизм часового боя, музыкальный аппарат, воспроизводящий несколько мелодий, и миниатюрный механизм, приводивший в действие фигурки в столь же крошечном встроенном театре. "В нем ежечасно растворялись маленькие Царские двери, за которыми виднелся Гроб Господень. По сторонам двери стояли два воина с копьями. Отворялись двери златого чертога, и появлялся ангел. Камень, приваленный к двери, отваливался, дверь, ведущая в гроб, открывалась, стража падала ниц. Через полминуты появлялись жены-мироносицы, куранты играли три раза молитву "Христос Воскресе", и двери затворялись". В любой момент с помощью специального механизма можно было включить этот театр-автомат. В полдень часы исполняли музыку, сочинённую Кулибиным в честь приезда императрицы в Нижний Новгород. Мастер проработал над своими часами несколько лет, сумев поместить в "гусиное яйцо" 427 деталей.

К 1772 году Кулибин разработал проект 300-метрового одноарочного моста через Неву с деревянными решётчатыми фермами

Создатели первого русского паровоза уральские мастера Ефим Алексеевич Черепанов и его сын Мирон Ефимович Черепанов

С появлением паровой машины в конце 18 века и паровоза в начале 19 века в широкое применение получили заклепочные соединения (в паровых котлах и железнодорожных мостах). В 20 веке произошло постепенное вытеснение заклепочных соединений сварными. В 1840 году Витвортом в Англии была разработана система крепежных резьб, это была первая работа по стандартизации в машиностроении. История развития конструкций деталей машин в России свидетельствует о значительном вкладе русских механиков в эту область техники.

Механику Петра 1А.К.Нартову принадлежит изобретение (около 1718 г.) самоходного суппорта токарного станка с ходовым винтом. К.Д.Фролов впервые в мире применил металлические (чугунные) рельсы для внутризаводского транспорта Ф.А.Блинов изобрел гусеничный ход, привилегия на который была ему выдана в 1879 г. Русскому инженеру Р.А.Корейко (1907 г.) принадлежит изобретение цельнометаллической упругой муфты Еще в 1903 г. На Балтийском заводе были изготовлены червячные передачи с глобоидным (облегающим червячное колесо) червяком.

Механику Петра 1А.К.Нартову принадлежит изобретение (около 1718 г.) самоходного суппорта токарного станка с ходовым винтом. К.Д.Фролов впервые в мире применил металлические (чугунные) рельсы для внутризаводского транспорта Ф.А.Блинов изобрел гусеничный ход, привилегия на который была ему выдана в 1879 г. Русскому инженеру Р.А.Корейко (1907 г.) принадлежит изобретение цельнометаллической упругой муфты Еще в 1903 г. На Балтийском заводе были изготовлены червячные передачи с глобоидным (облегающим червячное колесо) червяком.

В разработке теории и расчета деталей машин большая роль принадлежит отечественным ученым. Л.Эйлер –член Российской Академии наук , предложил и разработал теорию эвольвентного зацепления зубчатых колес, разработал теорию трения гибкой нити о шкив, составляющую основу теории ременных передач и ленточных тормозов. Профессор Н.П.Петров является основоположником гидродинамической теории смазки Великий русский ученый Н.Е.Жуковский исследовал распределение силы между витками резьбы, работу упругого ремня на шкивах и вместе с С.А.Чаплыгиным дал решение важнейшей гидродинамической задачи для подшипников скольжения.

Х.И.Гохманом была разработана общая теория зубчатых зацеплений. В 1954 году предложено кругловинтовое зацепление высокой несущей способности (М.Л. Новиков), созданы основы контактно-гидродинамической теории и смазки (А.И.Петрусевич и др.), разработан избирательный перенос в парах трения, обеспечивающий в определенных условиях почти безызностную работу (Д.Н.Гаркунов, И.В.Крагельский); установлена прямая пропорциональность износостойкости материалов в естественном состоянии от твердости (М.М.Хрущов); разработан расчет на изнашивание как усталостный процесс и расчет сил трения (И.В.Крагельский и др.).

ГЕННАДИЙ ШИПОВ, выпускник физфака МГУ, доктор физматнаук, академик РАЕН, уверяет, что мир построен из мельчайших вихрей – таких как воронка в вытекающей из ванны воде. Только закручивается не вода, а вакуум. Вакуум, который пустота? На самом деле – квинтэссенция материи. Вся механика, которую мы учили в школе,,- Ньютонова, в ее основе прямолинейное движение. Но возможна и другая механика – Декартова, которая уверяет: основное движение в природе – вращающееся. Он ,поставил на движущуюся платформу карусель, имеющую две одинаковые штанги с одинаковыми шарами по краям. Штанги вращаются вокруг общей оси в разные стороны. При этом, как только они приходят в движение , платформа сдвигается, то есть начинает ехать. Меняя с помощью внешней энергии скорость вращения равных грузов, можно придавать карусели импульсы в ту или иную сторону.

1 кубический сантиметр вакуума обеспечит планету электроэнергией на 10 лет. Г.И. объясняет, что платформа едет за счет внутренних сил. Хотя по всем правилам должна стоять – ведь равные по массе штанги с шарами обязаны друг друга уравновешивать. Выдвигалось логичное возражение: платформа ползет за счет трения. Изобретатель смазал дорожку маслом, получил нулевое трение, а она как двигалась, так и движется. Шипов уже сделал такую систему в форме лодки. Безмоторный катерок добил скептиков. Однако каталка, едущая без внешнего привода, уже не игрушка, а двигатель чего угодно: автомобиля, самолета, катера, подводной лодки, космического корабля. Наращивай мощность, оформляй конструктивно – и вперед, в просторы Вселенной, в глубины океана или в глубь живой клетки. ЯПОНИЯ УЖЕ ЭКОНОМИТ БЕНЗИН.

Г. Шипов настаивает на упоминании приоритета предшественника. Им был Владимир Толчин, главный инженер одного из уральских заводов. Он в 1936 году придумал устройство для компенсации вредных вибраций станков. Однажды этот вибратор выпрыгнул из рук изобретателя, а тот не почувствовал отдачи. Пристроил эту штуковину на каталку и впервые получил инерцоид – устройство, движущееся за счет внутренних сил. Заявку Толчина на изобретение тогда вернули и ввели в патентном ведомстве специальную поправку: инерцоиды не рассматривать. Поэтому патенты Шипова на инерцоиды имеют не российскую прописку, а японскую и таиландскую, третья рассматривается в Евросоюзе. Самый эффективный экспериментальный аппарат такого типа сделан в Таиланде – машинка размером не больше пылесоса ездит без топлива и управления. В развитие Декартовой механики вложил деньги таиландский банк.

Один из подмосковных НИИ получил отечественный патент на аналогичное устройство. Пока физики спорят, инженерам некогда ковыряться в формулах – надо готовить корабли нового поколения без гигантских топливных баков. "В вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, энергии такое большое количество, что ее хватило бы, чтобы вскипятить все океаны на Земле." (Р.Фейнман, Дж.Уилер) По расчетам Нобелевского лауреата Р.Фейнмана и Дж.Уилера, энергетический потенциал вакуума настолько огромен, что "в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, энергии такое большое количество, что ее хватило бы, чтобы вскипятить все океаны на Земле".