Техническое предложение
На этом этапе выполняют в соответствии с ГОСТ 2.118-73:
- анализ технического задания;
- поиск источников информации (монографии, периодика,
отчеты НИОКР и др.);
- патентный поиск;
- выявление вариантов возможных решений и сравнительная
оценка по показателям качества;
- технико-экономическое обоснование;
- рассмотрение и утверждение;
Результаты этапа:
- схемы (климатические, электрические, гидравлические, оптические и др.);
- расчет параметров и величин для обоснования конструктивных решений;
9
- отчет о патентных исследованиях, содержащий сведения о
патентной чистоте изделия, а также о возможности использовать при
разработке изделия отечественные или иностранные патенты;
- ведомость технического предложения (перечень всех документов, включенных в техническое предложение);
- протокол утверждения одного из предложенных вариантов
изделия. <...> Далее выбирают
материал и с учетом усилий, действующих на звенья, определенных в
ходе силового расчета, из условия прочности находят форму и
размеры поперечных сечений звеньев. <...> Далее проводят проверку работоспособности сопряжений по
допускаемым величинам давления [P], скорости [V] относительного
смещения контактирующих поверхностей деталей сопряжений (получают в результате кинематического расчета механизма) и произведению давления и скорости [PV]. <...> Номинальное давление Pi,
скорость Vi и произведение PiVi для каждого (i-ого) сопряжения
10
должны быть равны или меньше допускаемых величин, определяемых по справочникам [1] с учетом материалов пар трения:
Pi Pi ;
Vi Vi ;
Pi Vi Pi Vi . <...> Добившись выполнения названных условий, определяют класс
износостойкости и ожидаемую интенсивность изнашивания Ji [1] для
каждого из сопряжений звеньев механизма. <...> После этого, рассмотрев
предельное состояние механизма, находят предельный износ Ui
(см. гл. <...> 6) и долговечность Ti для каждого подвижного сопряжения
деталей машины:
U
Ti i . <...> Выполняется это условие <...>
Расчет_и_проектирование_машин_с_заданными_триботехническими_показателями_качества__учебное_пособие.pdf
О. А. Горленко, В. П. Тихомиров, Г. А. Бишутин
РАСЧЕТ
И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН
С ЗАДАННЫМИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМИ
ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки дипломированных
специалистов 150300 «Прикладная механика»,
специальности 150302 «Триботехника»
Брянск
ИЗДАТЕЛЬСТВО БГТУ
2005
Стр.1
УДК 621.891 (031)
ББК 34.41
Горленко, О. А. Расчет и проектирование машин с заданными
триботехническими показателями качества: учеб. пособие / О. А.
Горленко, В. П. Тихомиров, Г. А. Бишутин. – Брянск: БГТУ, 2005. –
270 с.
ISBN 5-89838-132-5
Рассмотрены методика проектирования и расчеты машин и
механизмов с заданными триботехническими показателями качества.
Включены вопросы определения новизны и правовой защиты
конструкций узлов. Приведены экономические и экологические
аспекты производства и эксплуатации изделий с узлами трения.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
150302 «Триботехника» дневной формы обучения, а также может
быть полезно и студентам других машиностроительных и приборостроительных
специальностей вузов.
Рецензенты: кафедра «Механическая технология древесины»
Брянской
государственной
технологической академии;
д-р техн. наук, профессор Погонышев В.А.
инженерноISBN
5-89838-132-5
© Брянский государственный
технический университет, 2005
Стр.2
Расчет_и_проектирование_машин_с_заданными_триботехническими_показателями_качества__учебное_пособие_(1).pdf
3
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие адресовано студентам специальности
«Триботехника», изучающим дисциплину «Основы проектирования и
расчета узлов трения» и желающим углубить знания в области
проектирования и расчетов триботехнических устройств.
В учебном пособии рассмотрены основные стадии создания
изделий с заданными триботехническими показателями. Описаны
виды внешних воздействий на изделия. Подробно, с примерами
расчета, представлены методики определения силовых, скоростных
условий работы узлов трения и выбора для них материалов.
Важной частью пособия являются главы, в которых даны
понятия об отказах, предельных состояниях, износе механизмов,
надежности изделий с узлами трения, а также методики расчета
износа сопряжений и проектирования триботехнических устройств.
В учебное пособие включены вопросы определения новизны и
правовой защиты конструкций узлов трения. Завершает пособие
глава, посвященная экономическим и экологическим аспектам
производства и эксплуатации изделий с узлами трения.
Работа с учебным пособием требует от студентов знаний
базовых дисциплин, таких как «Высшая математика», «Теоретическая
механика», «Сопротивление материалов», а также ряда специальных
курсов.
Авторы надеются, что имеющиеся в учебном пособии ссылки на
литературу и ее список позволят студентам в случае необходимости
углубить базовые знания.
Стр.1
Расчет_и_проектирование_машин_с_заданными_триботехническими_показателями_качества__учебное_пособие_(12).pdf
265
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................…. 3
1. ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ СТАДИИ СОЗДАНИЯ НОВОЙ
ТЕХНИКИ...........................................................................… 4
1.1. ПОДГОТОВКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ......................… 6
1.2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ……. 8
1.2.1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ............................… 8
1.2.2. ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ..............................................…. 9
1.2.3. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ.......................................…. 11
1.2.4. РАБОЧАЯ КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ.. 12
2. ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ИЗДЕЛИЯ
И МАТЕРИАЛЫ..................................................................... 15
2.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ.....................................… 15
2.2. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ...................................… 19
2.3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ....................................… 23
2.4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДЫ.....................................................… 24
2.5. ИОНИЗИРУЮЩИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ИЗЛУЧЕНИЯ…………………………………………………………….
25
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ И УСКОРЕНИЙ
ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ..............…
28
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК УЗЛОВ ТРЕНИЯ
МАШИН..............................................................................…. 41
4.1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА СИЛОВОГО РАСЧЕТА.......................... 41
4.2. ПРИМЕР СИЛОВОГО РАСЧЕТА РЫЧАЖНОГО
МЕХАНИЗМА…………………………………………………………. 48
4.3. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ НА ЭВМ........................ 57
4.4. ДЕЙСТВИЕ СИЛ В КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАХ С УЧЕТОМ
ТРЕНИЯ.....................................................................................… 60
4.5. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА С УЧЕТОМ ТРЕНИЯ........ 67
4.6. ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ НА ТРЕНИЕ. КПД МЕХАНИЗМА............. 70
Стр.1
266
5. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЕТАЛЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
МАШИН..............................................................................…. 77
5.1. МЕТАЛЛЫ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ (СТАЛИ И ЧУГУНЫ)..........… 77
5.2. АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ...............................…. 80
5.2.1. БАББИТЫ................................................................… 80
5.2.2. БРОНЗЫ..................................................................…. 83
5.2.3. СПЛАВЫ НА АЛЮМИНИЕВОЙ И ЦИНКОВОЙ
ОСНОВЕ...........................................................................… 84
5.2.4. ПОРИСТЫЕ АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ… 85
5.2.5. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ
И ДРЕВЕСИНЫ.................................................................... 86
5.2.6. ЛЕНТОЧНЫЕ (СЛОИСТЫЕ) МАТЕРИАЛЫ.............… 92
5.2.7. УГЛЕГРАФИТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ.......................…. 92
5.3. МЕТОДИКА ПОДБОРА АНТИФРИКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ..........................................................................… 93
5.4. ПРИМЕР ПОДБОРА АНТИФРИКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ………………………………………………….. 96
5.4.1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ..................… 97
5.4.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МАТЕРИАЛА..........… 97
5.4.3. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ
ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА ТРЕНИЯ................................… 99
5.4.4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ............... 100
5.5. ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.........................................…. 102
5.5.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ФРИКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ.................................................................… 102
5.5.2. ТРЕБОВАНИЯ К ФРИКЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ... 106
5.5.3. МЕТОДИКА ПОДБОРА ФРИКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ..................................................................... 110
6. ОТКАЗЫ, ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ И ИЗНОС
УЗЛОВ ТРЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ.................................................. 113
6.1. МОДЕЛИ ОТКАЗОВ................................................................ 113
6.1.1. ЗАКОН ИЗМЕНЕНИЯ ВЫХОДНОГО ПАРАМЕТРА
ИЗДЕЛИЯ................................................................………. 113
6.1.2. МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСТЕПЕННЫХ
ОТКАЗОВ............................................................................. 118
Стр.2
267
6.2. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗДЕЛИЯ.................................. 120
6.2.1. ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЯ.......... 120
6.2.2. ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЯ..... 124
6.2.3. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНОГО
СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЯ ПО ВЫХОДНОМУ ПАРАМЕТРУ.. 126
6.2.4. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
В НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ДОКУМЕНТАЦИИ..........………………………………….. 127
6.2.5. ЗНАЧЕНИЕ ВЫХОДНОГО ПАРАМЕТРА
КАК СЛУЧАЙНАЯ ВЕЛИЧИНА................……………….. 129
6.3. ИЗНОС МЕХАНИЗМОВ.....................................................….. 130
6.3.1. МЕХАНИЗМЫ С НЕЗАВИСИМЫМ ИЗНОСОМ
ЗВЕНЬЕВ...................................................................……... 130
6.3.2. ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА ОТДЕЛЬНЫХ ЗВЕНЬЕВ
МЕХАНИЗМА НА ЕГО ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ..……... 131
6.3.3. СУММИРОВАНИЕ ИЗНОСА ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЗМА 133
6.4. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ИЗНОСЫ МЕХАНИЗМОВ............................... 136
6.4.1. КРИТЕРИИ ПРЕДЕЛЬНОГО ИЗНОСА......................... 136
6.4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ИЗНОСОВ ИЗ
УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА.....….... 138
6.4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ИЗНОСОВ ИЗ
УСЛОВИЯ ТОЧНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАКОНА
ДВИЖЕНИЯ ВЕДОМОГО ЗВЕНА.......................………….. 139
6.4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ИЗНОСОВ ИЗ
УСЛОВИЯ РАССЕИВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ... 141
6.4.5. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ИЗНОСЫ МНОГОЗВЕННЫХ
МЕХАНИЗМОВ.....................................................………... 142
7. РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНОСА
ПОДВИЖНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН...... 146
7.1. ИСХОДНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ
МАТЕРИАЛОВ.............................................................................. 146
7.2. ИЗНОС ПОВЕРХНОСТИ И СОПРЯЖЕНИЯ............................. 148
7.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СОПРЯЖЕНИЙ
ПО УСЛОВИЯМ ИЗНАШИВАНИЯ................................………… 150
7.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИЗНОСА СОПРЯЖЕНИЙ............……… 153
7.4.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСЛОВИЯ КАСАНИЯ.................. 153
Стр.3
268
7.4.2. НАПРАВЛЯЮЩИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ.............................................................……… 157
7.4.3. СОПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМИ УСЛОВИЯМИ
КАСАНИЯ.............................................................………... 162
7.4.4. ПРИРАБОТКА НЕТОЧНО ВЫПОЛНЕННЫХ
И ДЕФОРМИРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ.............…………….. 164
7.4.5. ПАРЫ С НЕБОЛЬШИМИ ОТНОСИТЕЛЬНЫМИ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ..................................................…….. 167
7.5. РАСЧЕТ НА ИЗНОС С УЧЕТОМ ЖЕСТКОСТИ ДЕТАЛЕЙ...... 169
7.5.1. КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ ИЗНАШИВАНИЯ
СОПРЯЖЕНИЙ..........................................................……... 169
7.5.2. ИЗНОСО-КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА.............................. 171
7.5.3. ЖЕСТКОСВЯЗАННЫЕ СОПРЯЖЕНИЯ....................... 174
7.6. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СОПРЯЖЕНИЙ................. 176
7.6.1. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ.................................... 176
7.6.2. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕСУРСА И ВЕРОЯТНОСТИ
БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ДЕТАЛИ...........................……... 178
7.6.3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСА СОПРЯЖЕНИЙ......... 180
7.7. КОМПЕНСАЦИЯ ИЗНОСА СОПРЯЖЕНИЙ............................ 181
8. РАСЧЕТ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ........... 187
8.1. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ............................................. 187
8.1.1. РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК.................................... 187
8.1.2. УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК........................................... 190
8.2. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ..........................................……... 197
8.2.1. ВИДЫ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ............................ 197
8.2.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ
ПО ТЕЛАМ КАЧЕНИЯ
199
8.2.3. ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ......................................... 203
8.2.4. МОМЕНТ ТРЕНИЯ В ПОДШИПНИКЕ………………… 207
8.2.5. ОЦЕНКА КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ЭЛЕМЕНТАХ ПОДШИПНИКА……………………………... 208
8.3. МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ............................................................ 211
8.3.1. ДИСКОВАЯ МУФТА................................................... 211
8.3.2. КОНУСНАЯ МУФТА................................................... 211
8.3.3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ................................................... 214
8.3.4. ПРИМЕР РАСЧЕТА МНОГОДИСКОВОЙ МУФТЫ...... 214
Стр.4
269
8.4. ТОРМОЗА................................................................................ 216
8.4.1. КОЛОДОЧНЫЕ ТОРМОЗА......................................… 217
8.4.2. ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ.................................................. 221
8.4.3. ЛЕНТОЧНЫЕ ТОРМОЗА............................................. 222
8.4.4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ................................................... 226
9. ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ
НОВИЗНЫ И ПРАВОВОЙ ЗАЩИТЫ
ПРОЕКТИРУЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ......................................…
230
9.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ............................................................ 230
9.2. ВИДЫ РАБОТ ПРИ ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ........... 231
9.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ.......................................... 231
9.3.1. РАЗРАБОТКА РЕГЛАМЕНТА ПОИСКА...................... 233
9.3.2. ПОИСК ИНФОРМАЦИИ.............................................. 235
9.3.3. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОИСКА................... 236
9.4. АНАЛИЗ ОТОБРАННОЙ ИНФОРМАЦИИ............................... 237
9.4.1. ОЦЕНКА РЕЛЕВАНТНОСТИ ДОКУМЕНТОВ.............. 237
9.4.2. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ДОКУМЕНТАЦИИ.................... 237
9.4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАТЕНТНО-ЛИЦЕНЗИОННОЙ
СИТУАЦИИ...........................................................………... 238
9.4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИКИ ПАТЕНТОВАНИЯ........ 239
9.4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ВЗАИМНОГО
ПАТЕНТОВАНИЯ......................................................…….. 239
9.4.6. ВЫЯВЛЕНИЕ ПАТЕНТОВ-АНАЛОГОВ....................... 240
10. КОНСТРУКЦИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ,
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗДЕЛИЙ
И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ...........……………. 243
10.1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИИ РЕСУРСОВ............................. 243
10.2. ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ....................……... 244
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................… 248
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................... 249
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................... 264
Стр.5