Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Г.В. Конюшков, В.И. Воронин, С.М. Лисовский
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
МЕХАНИЗМОВ ЭЛЕКТРОННОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Допущено УМО по образованию
в области прикладной математики
и управления качеством в качестве
учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по
специальности 200500 – Электронное
машиностроение
2006
Стр.1
2
УДК 621.38
ББК 34.4
К 65
Рецензенты:
Кафедра “Технология металлов и материаловедение”
Саратовского государственного аграрного университета им. Вавилова
Доктор технических наук, профессор
А.А. Игнатьев
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
Конюшков Г.В.
К 65 Основы конструирования механизмов электронного машиностроения:
учеб. пособие / Г.В. Конюшков, В.И. Воронин, С.М. Лисовский.
Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 84 с.
ISBN 5-7433-1638-4
В учебном пособии изложены принципы конструирования узлов и механизмов
электронных машин и автоматов. Вопросы конструирования рассмотрены с учетом
особенностей конструкции и свойств применяемых материалов, снижения
трудоемкости конструирования и изготовления механизмов. При подготовке учебного
пособия использованы последние достижения в области проектирования машин и
механизмов электронного машиностроения.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности 200500
«Электронное машиностроение».
УДК 621.38
ББК 34.4
© Саратовский государственный
технический университет,2006
ISBN 5-7433-1638-4
© Конюшков Г.В., Воронин В.И.,
Лисовский С.М., 2006
Стр.2
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................................................................... 5
Введение ............................................................................................................... 6
1 Упрочнение конструкций электронных машин ............................................ 8
1.1 Упругое упрочнение ................................................................................. 8
1.2 Пластическое упрочнение ........................................................................ 8
1.3 Упрочнение перегрузкой .......................................................................... 9
1.4 Объемное уплотнение ............................................................................. 11
1.5 Термопластичное упрочнение ............................................................... 12
1.6 Скрепление станин .................................................................................. 14
2 Контактная прочность деталей электронных машин ................................. 16
2.1 Определение зоны контакта ................................................................... 16
2.2 Виды контактного нагружения .............................................................. 17
2.3 Контактные напряжения ......................................................................... 18
2.4 Сопротивление усталости материала .................................................... 18
2.5 Напряжения в сферических соединениях ............................................. 19
2.6 Напряжения в цилиндрических соединениях ...................................... 20
2.7 Материалы. Изготовление ...................................................................... 21
2.8 Работа соединений под ударной нагрузкой.......................................... 22
3 Кинематические схемы электронных машин .............................................. 24
3.1 Классификация и характеристика механизмов .................................... 24
3.2 Назначение кинематических схем ......................................................... 25
3.3 Кинематика однопозиционных машин ................................................. 26
3.4 Кинематика многопозиционных машин с периодическим ................. 26
перемещением обрабатываемых изделий ................................................... 26
3.5 Схемы приводов машин периодического действия ............................ 28
3.6 Кинематика конвейерных машин .......................................................... 30
3.7 Уравнение баланса кинематической цепи ............................................ 30
3.8 Основные задачи кинематического расчета ......................................... 31
3.9 Порядок оформления кинематических схем ........................................ 32
4 Кулачковые механизмы ................................................................................. 35
4.1 Схема кулачкового механизма ............................................................... 35
4.2 Классификация кулачковых механизмов ............................................. 36
4.3. Порядок расчета и проектирования кулачковых механизмов ........... 37
4.4 Порядок определения размеров и параметров кулачковых
механизмов ..................................................................................................... 37
4.5 Основные параметры кулачковых механизмов ................................... 38
4.6 Определение оптимального угла давления и усилий, действующих в
кулачковом механизме.................................................................................. 39
4.7 Определение основных размеров кулачкового механизма ................ 42
5 Выбор конструктивной схемы кулачкового механизма ............................ 45
5.1 Кулачковые механизмы с рычажными передачами ............................ 45
Стр.3
4
5.2 Шариковый передаточный механизм (ШПМ) ..................................... 46
6 Мальтийский механизм ................................................................................. 50
6.1 Описание и схема мальтийского механизма ....................................... 50
6.2 Расчѐт и конструирование мальтийского механизма .......................... 51
6.2.1 Определение основных конструктивных размеров ...................... 51
6.2.2 Силовой расчет мальтийского механизма ..................................... 53
6.2.3 Расчеты на прочность ...................................................................... 55
6.2.4 Механические параметры прочности материалов ........................ 56
6.2.5 Методика расчѐта мальтийского механизма с использованием
безразмерных коэффициентов ................................................................. 57
6.2.6 Определение мощности приводного электродвигателя ............... 58
6.2.7 Конструирование мальтийского механизма .................................. 59
6.2.8 Пример оформления технических требований ............................. 60
к рабочим чертежам .................................................................................. 60
7. Кулачково-роликовый механизм ................................................................. 62
7.1 Описание и схема кулачково-роликового механизма ......................... 62
7.2 Расчет кулачково-роликового механизма ............................................. 64
7.2.1 Определение конструктивных размеров........................................ 65
7.2.2 Расчет координат профиля паза кулака ......................................... 66
7.2.3 Коррекция координат профиля паза кулака .................................. 67
7.2.4 Расчет моментов ................................................................................... 69
7.2.5 Расчет усилий ................................................................................... 72
7.2.6 Расчеты на прочность ...................................................................... 72
7.2.7 Расчет мощности и подбор электродвигателя............................... 74
7.2.8 Проверка электродвигателя на пусковой момент ........................ 74
7.2.9 Конструирование кулачково-роликового механизма .................. 75
Список литературы ........................................................................................... 79
Стр.4
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие является попыткой систематически изложить
основы рационального конструирования деталей и узлов электронных
машин.
При большой разнотипности современных электронных машин
задачи конструирования во многом одинаковы. Для конструкции любой
машины важны уменьшение массы и металлоемкости, улучшение
технологичности, увеличение надежности; различно для каждой из них
только значение этих факторов. Это позволяет сформулировать основы
конструирования как совокупность некоторых общих правил.
Основная задача учебного пособия – научить студентов активному
конструированию, которое заключается в следующем:
- не копировать слепо существующее оборудование, а конструировать
осмысленно, выбирая из множества возможных конструктивных
решений наиболее целесообразные в данных условиях;
- уметь сочетать различные решения и находить новые, улучшенные,
т.е. конструировать с творческой инициативой и элементами
изобретательности;
- непрерывно улучшать показатели машин и направлять развитие
электронного машиностроения в сторону технического прогресса;
- учитывать динамику развития отрасли и создавать гибкие, богатые
резервами базовые образцы, способные удовлетворять требования
отрасли и застрахованные на длительный срок от морального
устаревания.
Особое внимание должно уделяться вопросам долговечности и
надежности конструкций.
Роль конструктора существенно возрастает при новых условиях
хозяйствования. Конструкторы в большинстве – люди зрительного
мышления и зрительной памяти. Для конструктора чертеж говорит гораздо
больше, чем многие страницы объяснений.
Поэтому практически каждое решение, приводимое в учебном
пособии, сопровождается конструктивными примерами.
Приводимые в иллюстрациях решения не являются единственно
возможными. Их следует рассматривать как примеры и основу для
совершенствования конкретных конструкций.
Стр.5
6
ВВЕДЕНИЕ
Задача конструктора состоит в создании машин, наиболее полно
отвечающих потребностям отрасли, дающих наибольший экономический
эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и
эксплуатационными показателями.
Главными показателями являются: высокая производительность,
экономичность, прочность, надежность, малые масса и металлоемкость,
габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, высокий
технический ресурс и степень автоматизации, простота и безопасность
обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.
В конструкции машин необходимо соблюдать требования
технической эстетики. Машины должны иметь красивый внешний вид,
изящную и строгую отделку.
Значимость каждого из перечисленных факторов зависит от
функционального назначения машин.
Для электронных машин, отличающихся повышенной сложностью,
можно отметить ряд наиболее существенных параметров:
производительность, четкость и безотказность действия, степень
автоматизации, точность обработки изделий, диапазон выполняемых
операций, точность и стабильность показаний, малая масса, высокий КПД.
Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного
увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за
весь период работы. Экономический эффект зависит от обширного
комплекса технологических, организационно-производственных и
эксплуатационных факторов. В учебном пособии рассмотрены способы
повышения экономичности, которые непосредственно связаны с
конструированием и зависят от деятельности конструктора.
Многие конструкторы считают, что экономически конструировать –
значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и
дорогих решений, применять наиболее простые способы обработки. Но это
только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что
экономический эффект определяется полезной отдачей машины и суммой
эксплуатационных расходов.
Большинство электронных машин являются машинами-автоматами
или полуавтоматами. Для них важным показателем является коэффициент
использования машины, который определяется соотношением времен
рабочих и холостых ходов. В учебном пособии рассматриваются основные
типы приводов и передач для использования в электронных машинах, а
также основы их расчета и конструирования.
Рациональное конструирование приводов, узлов и деталей
электронных машин приводит к увеличению долговечности машин,
Стр.6
7
сокращению машинного парка, а также положительно влияет на объем
выпускаемой продукции.
В учебном пособии даны рекомендации по обеспечению в машинах
запасов прочности и жесткости исходной (базовой) модели, определены
основные направления усовершенствования машинного парка и
поддержания показателей оборудования на уровне возрастающих
требований.
Учебное пособие будет способствовать получению студентами
навыков расчета, конструирования и совершенствования электронного
оборудования. Это, в свою очередь, создаст предпосылки для успешного
последующего выполнения студентами заданий, связанных с
проектированием оборудования на стадиях курсового и дипломного
проектирования.
Стр.7
79
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Орлов П.И. Основы конструирования: справочно-методическое
пособие: в 2 кн. / П.И Орлов; под ред. П.Н. Учаева. – М.: Машиностроение,
1988. Кн. 1– 560 с.
2. Куркин В.И. Основы расчета и конструирования оборудования
электровакуумного производства /В.И. Куркин. – М.: Высш. шк.,
1971. – 544 с.
3. Куркин В.И. Основы расчета и конструирования оборудования
электровакуумного производства /В.И. Куркин. – М.: Высш. шк.,
1980. – 407 с.
4. Кузнецов В.Г. Приводы станков с программным управлением
/В.Г. Кузнецов. – М.: Машиностроение, 1983. – 248 с.
5. Гузенков П.Г. Детали машин: учеб. для вузов /П.Г. Гузенков. – 4е
изд., испр. – М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.
6. Тамарченко В.С. Основы конструирования сборочных машин
электровакуумного производства / В.С. Тамарченко. – М.: Энергия,
1968. – 136 с.
7. Механика промышленных роботов: учеб. пособие для втузов: в 3
кн. Кн. 2: Расчет и проектирование механизмов /Е.И. Воробьев,
О.Д. Егоров, С.А. Попов. – М.: Высш. шк., 1988. – 367 с.
8. Справочник конструктора точного приборостроения /под ред.
Ф.Л. Литвина. – М. – Л.: Машиностроение, 1964. –944 с.
9. Лариков Е.А., Узлы и детали механизмов приборов. Основы теории
и расчета / Е.А. Лариков, П.И. Орлов, Т.Н. Виляевская. – М.:
Машиностроение, 1974. – 328 с.
10. Муха Т.И., Приводы машин: справочник / Т.И. Муха, Б.В. Януш,
А.П. Цупиков; под ред. В.В. Длоугого. – Л.: Машиностроение,
1975. – 344 с.
11. Кудрявцев В.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных
специальностей вузов / В.Н. Кудрявцев. – Л.: Машиностроение,
1980. – 464 с.
12. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие для студентов
машиностроительных специальностей вузов /В.Н. Кудрявцев,
Ю.И. Державец, И.И. Арефьев и др.; под общ. ред. В.Н. Кудрявцева:–
Л.: Машиностроение, 1984. – 400 с.
13. Детали машин. Расчет и конструирование: справочник /под ред.
Н.С. Ачеркана. – М.: Машиностроение, 1969. Т.З. – 472 с.
14. Чертов А.Г. Международная система единиц: справочник / А.Г.
Чертов. – М.: Высш. шк., 1967. – 288 с.
15. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: в 3 т. /
И.И. Артоболевский. – М.: Наука, 1970. Т. 1-3. – 608 с.
Стр.79
80
16. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя /В.И.
Анурьев. – М.: Машиностроение, 1973. Кн. 1, 415 с.; кн. 2, 576 с.
17. Лариков Е.А. Расчет и проектирование кулачковых механизмов
приборов /Е.А. Лариков. – М.: Машиностроение,1968. – 104 с.
18. Светлицкий В.А. Передачи с гибкой связью / В.А. Светлицкий. –
М.: Машиностроение,1967. – 154 с.
19. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин /П.Ф.
Дунаев. 3-е изд. – М.: Высш. шк., 1978. –352 с.
20. Иванов М.Н. Детали машин. Курсовое проектирование /М.Н.
Иванов, В.Н. Иванов– М.: Высш. шк., 1975. –552 с.
21. Прочность и надежность механического привода /под ред. В.Н.
Кудрявцева и Ю.А. Державца. – Л.: Машиностроение, 1977. –
240с.
22. Конструирование рациональных механизмов /Л.Н. Решетов. – 2-е
изд. – М.: Машиностроение, 1972. – 256 с.
23. Пронин Б.А. Бесступенчатые клиноременные передачи (вариаторы),
/ Б.А. Пронин, Г.А. Ревков. – М.: Машиностроение, 1967. –
172 с.
Стр.80