Корпусные детали техническая механика кратко

Обновлено: 05.07.2024

Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми деталями, на которые монтируются отдельные сборочные единицы. К ним относятся корпуса коробок передач, редукторов, блоки цилиндров, картеры и др. для корпусных деталей характерно наличие точно обработанных отверстий, скоординированных между собой относительно базовых поверхностей.

Корпусные детали при всем их многообразии конструкций можно разделить на две основные разновидности – призматические и фланцевые. Корпуса призматического типа, например корпус коробки передач или блок цилиндров двигателя, характеризуются большими наружными поверхностями и расположением отверстий на нескольких осях. У корпусов фланцевого типа базовыми поверхностями служат торцовые поверхности основных отверстий и поверхности центрирующих выступов или выточек.

Корпусные детали выполняются литыми из серого чугуна и реже – из стали. Материалом для изготовления корпусных деталей обычно служат серый чугун марок СЧ 24; СЧ 15; ковкий чугун КЧ 35-10 или алюминиевые сплавы марок АЛ4, АЛ6, АЛ9.

Корпусные детали ввиду их конструктивной сложности, как правило изготавливаются в виде отливок в песчаные и металлические формы или литьем под давлением. Отливки должны обеспечивать герметичность корпуса. Твердость отливок из серого чугуна должна быть 160…240 НВ, а отливок из алюминиевых сплавов – 50-70 НВ.

При изготовлении отливок большое значение придается их качеству. До отправки в механический цех у отливок удаляют литники и прибыли, термической обработкой снимают внутреннее напряжения, очищают поверхность, контролируют размеры, качество поверхности, твердость и др.

Для корпусных деталей характерно наличие базовых поверхностей, а также основных и крепежных отверстий. Базовые поверхности корпуса стыкуются с другими узлами или агрегатами автомобиля.

Основные отверстия предназначены для монтажа опор валов. Точность диаметральных размеров основных отверстий соответствует 7 квалитету, реже – 8 квалитету, шероховатость поверхности R a – 2,5 …0,63 мкм. Межосевые расстояния основных отверстий выдерживают согласно стандарту с допусками, обеспечивающими необходимую точность работы зубчатых и червячных передач.

Отклонение отверстий от соосности устанавливают в пределах половины допуска на диаметр меньшего отверстия. Отклонение от параллельности осей отверстий допускается 0,02…0,05 мм на 100 мм длины. Отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий допускается 0,02…0,05 мм 100 мм радиуса. Базовые поверхности обрабатывают с допускаемыми отклонениями от прямолинейности на 0,05…0,2 мм по всей длине и с шероховатостью 4,0…0,63 мкм.

Базирование корпусных деталей выполняют с учетом их конструктивных форм и технологии изготовления. Рассмотрим наиболее распространенные схемы базирования. Наиболее надежными и простыми технологическими базами при обработке корпусных деталей являются одна из плоскостей наибольшей протяженности и два отверстия, расположенные по диагонали на этой плоскости и как можно дальше удаленные друг от друга, что обеспечивает точное ориентирование деталей.

Заготовки деталей фланцевого типа базируют по торцу фланца и точно обработанной поверхности буртика. Вместо поверхности буртика в качестве базы может быть принята поверхность основного отверстия.

Если конфигурация корпуса не позволяет эффективно использовать его поверхности для базирования, то обработку целесообразно выполнять в приспособлении-спутнике. При установке заготовки в спутнике могут быть использованы черновые или искусственно созданные вспомогательные базовые поверхности, причем заготовка обрабатывается на различных операциях при постоянной установке в приспособлении, но положение самого приспособления на разных операциях меняется.

Технологические процессы изготовления корпусных деталей различных автомобилей имеют общую последовательность выполнения операций механической обработки. Однако содержание и построение технологического процесса отдельных деталей могут иметь отличия, которые зависят конструктивной формы, размеров, вида заготовки, технических требований на их изготовление. Типовой маршрут изготовления корпусной детали можно представить в виде следующей последовательности:

· обработка базовых и сопрягаемых поверхностей;

· фрезерование или протягивание других ответственных поверхностей;

· черновое и чистовое растачивание основных отверстий;

· сверление, зенкерование, нарезание резьбы, развертывание второстепенных отверстий;

· тонкое растачивание или хонингование точных отверстий;

· окончательная обработка поверхностей, обеспечивающая высокую точность размеров и точное взаимное пространственное расположение поверхностей.

Литература.

Карагодин В. И. Ремонт автомобилей и двигателей: 2-е изд. стер. – М.: Издательский ценр “Академия”, 2003.

Коробейник А.В. Ремонт автомобилей Ростов-н/Д: “Феникс”, 2002.

В предыдущих лекциях были рассмотрены свойства передач и соединений деталей машин, а также способы их проектного и проверочного расчётов. Однако для объединения всех деталей и образования из них единого работоспособного механизма или тем более машины необходимы корпусные детали, свойства которых и представлены в настоящей лекции.

Корпус - деталь или группа сочленённых деталей, предназначенная для размещения и фиксации подвижных деталей механизма или машины, для защиты их от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов.

Кроме того, корпусные детали весьма часто выполняют роль ёмкости для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

Корпусные детали составляют значительную часть (иногда до 80 %) массы машин или механизмов. Разрушение корпусных деталей в процессе работы наиболее часто ведет к необратимой аварии машины, то есть к потере последней.

Классификация корпусных деталей:

1) По степени конструктивной сложности 

1.1) простые, не имеющие внутренних перегородок, рёбер и приливов;

1.2) сложные.

2) По сообщённости внутреннего пространства с внешней средой:

2.1) закрытые, внутренняя полость которых, как во время работы, так и в неработающем состоянии, полностью изолирована от внешней среды;

2.2)полузакрытые, внутренняя полость которых может сообщаться с внешней средой в отдельные моменты (часть времени) работы машины (механизма) или в неработающем состоянии;

2.3) открытые, внутренняя полость которых постоянно сообщена с внешней средой.

3) По пригодности для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов:

3.1)сухие корпуса, не предназначенные для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов;

3.2) маслонаполненные, ёмкость которых достаточна для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

4) По основному материалу, из которого изготовлены детали корпуса:

4.1) металлические (чугун, сталь литая, сталь сварная, лёгкие сплавы: алюминиево-кремниевые, алюминиево-магниевые);

4.2) неметаллические(пластики, дерево, фанера).

Серый чугун (СЧ15, СЧ20) является одним из самых дешёвых и распространённых материалов для изготовления корпусных деталей. Вместе с тем чугунные корпусные детали имеют наибольшую массу по сравнению с аналогичными деталями, выполненными из других материалов. Поэтому из чугуна изготавливают корпуса стационарных машин и механизмов, устанавливаемых на фундаменте. Существенным недостатком чугуна, как корпусного материала, является плохая его ремонтопригодность.

Корпуса из алюминиевых сплавов (сплавы: алюминий-кремниевые АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др.; алюминий-магниевые АЛ8, АЛ13, АЛ22 и некоторые другие) в силу низкой плотности алюминиевых сплавов по общей массе существенно меньше стальных и чугунных. Такие корпуса легко обрабатываются на станках, а по ремонтопригодности с применением сварки являются примерно такими же, как и чугунные. При высоком уровне технологической обеспеченности ремонтного производства ремонт корпусов из алюминиевых сплавов не вызывает особых затруднений. Стенки корпусов из неупрочняемых алюминиевых сплавов необходимо выполнять более толстыми по сравнению с чугунными.

Литой корпус должен удовлетворять не только конструктивным, но и технологическим требованиям. Так, например, поверхности, расположенные по направлению выемки формы при формовании должны снабжаться литейными уклонами (обычно 3…5°). Места стыковки разнонаправленных поверхностей должны сопрягаться радиусными переходами (радиус скругления r = 0,2…0,35 от полусуммы толщин сопрягаемых стенок). При разнотолщинности сопрягаемых стенок превышающей 25 % необходимо между ними формировать плавный переход на длине, равной 3…5 толщин наиболее толстой стенки.

Поверхность дна маслонаполненных корпусов должна иметь уклон 2…3° в сторону сливного отверстия.

Места установки подшипниковых опор в корпусах обычно выполняются утолщёнными и подкрепляются рёбрами жесткости. Кроме того, корпуса механизмов с высоким тепловыделением (например, червячных редукторов) снабжаются рёбрами с целью увеличения поверхности, отдающей тепло окружающему воздуху. При этом направление простирания рёбер должно совпадать с направлением движения охлаждающего воздуха. Толщина рёбер жёсткости и охлаждающих рёбер принимается равной толщине стенки или несколько меньше её.

Основными критериями работоспособности корпусных деталей являются прочность, жёсткость и долговечность.

Нагрузки, действующие на корпусные детали, имеют сложный характер и не всегда могут быть учтены при проектном расчёте. Вместе с тем и конфигурация корпусных деталей обычно достаточно сложна. Поэтому расчет корпусных деталей затруднителен и выполняется с большим числом упрощений и допущений, что снижает их точность и вызывает необходимость модельных и натурных испытаний корпусов с последующей корректировкой документации.

Классификация корпусных деталей:

1) По степени конструктивной сложности 

1.1) простые, не имеющие внутренних перегородок, рёбер и приливов;

1.2) сложные.

2) По сообщённости внутреннего пространства с внешней средой:

2.3) открытые, внутренняя полость которых постоянно сообщена с внешней средой.

3) По пригодности для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов:

3.1)сухие корпуса, не предназначенные для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов;

4) По основному материалу, из которого изготовлены детали корпуса:

4.2) неметаллические(пластики, дерево, фанера).

Поверхность дна маслонаполненных корпусов должна иметь уклон 2…3° в сторону сливного отверстия.

Основными критериями работоспособности корпусных деталей являются прочность, жёсткость и долговечность.

Станины несут на себе основные узлы машин, обеспечивают их правильное взаимное расположение и воспринимают основные силы, действующие в машине.

Плиты поддерживают машины и приводы машин, состоящие из отдельных агрегатов, а также вертикальные машины.

Коробки и другие корпусные детали заключают в себе или поддерживают механизмы машин.

Все детали этой группы можно объединить под общим названием корпусные детали.

Корпусные детали в значительной степени определяют работе способность и надежность машин по критериям виброустойчивости, точности работы под нагрузкой, долговечности (при наличия направляющих или других изнашиваемых поверхностей). В стационарных машинах корпусные детали составляют до 70—85% массы машин. Поэтому мероприятия по экономии материалов наиболее эффективны в отношении снижения массы корпусных деталей.

Все корпусные детали можно разделить по назначению на следующие группы (рисунок 99):

2) основания, фундаментные плиты;

3) корпусные детали узлов.

Корпусные детали узлов можно разделить на:

а) корпусу коробки, цилиндры;

б) стойки, кронштейны и другие неподвижные поддерживающие детали;

в) столы, суппорты, ползуны и другие подвижные корпусные детали;

г) кожухи и крышки.

Корпусные детали применяют: с двумя габаритными размерами, значительно меньшими, чем третий, — длинные станины, поперечины, ползуны; с одним габаритным размером, значительно меньшим, чем два других, — плиты, плоские столы; с габаритными размерами одного порядка — коробки.

Критерии работоспособности и надежности корпусных деталей: прочность, жесткость, долговечность.

Прочность является основным критерием для корпусных деталей, подверженных большим нагрузкам, главным образом ударным и переменным.

Жесткость служит основным критерием работоспособности большинства корпусных деталей. Повышенные упругие перемещения в корпусных деталях обычно приводят к неправильной работе механизмов, понижению точности работы машин, способствует возникновению колебаний.

Долговечность по износу имеет большое значение для корпусных деталей с направляющими или цилиндрами, выполненными за одно целое, без накладок или гильз. Ресурс остальных корпусных деталей обычно больше срока службы машин по их моральному износу (старению конструкции).

а — простые станины горизонтальных машин; б — простые станины вертикальных машин; в — портальные станины; г — кольцевые станины, корпуса ; д — станины поршневых машин, блоки цилиндров; е —несущие системы подъемно-транспортных машин; ж — основания, плиты; в — коробки; и — стойки, кронштейны; к — поперечины, ползуны; л — столы, салазки, суппорты; м — крышки, кожухи

Рисунок 99 – Корпусные детали:

Тема 23 Основы оценки работоспособности и надежности машин (0,5/0,25/0,25 часа)

1. Основные определения

2. Основные показатели надежности

3. Критерии работоспособности и расчета деталей машин

4. Понятия о прочности, жесткости, износостойкости, виброустойчивости

Надежность – свойство изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность характеризуют состояниями и событиями.

Работоспособность– состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции.

Отказ– событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Показатели качества изделия по надежности: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность– свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.

Долговечность– свойство изделия длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соблюдении норм эксплуатации. Под предельным понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Ремонтопригодность– свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта.

Временные понятия надежности: наработка, ресурс и срок службы.

Наработка– продолжительность или объем работы изделия (в часах, километрах пробега, числах циклов нагружения).

Ресурс– суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, километрах пробега и др.).

Срок службы– календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние. Выражают обычно в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев.

Основными показателями надежности являются.

– по безотказности– вероятность безотказной работы и интенсивность отказов;

– по долговечности– средний и гамма–процентный ресурс;

– по ремонтопригодности– вероятность восстановления.

Под вероятностью P(t) безотказной работыпонимают вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.

Если за время t наработки из числа N одинаковых изделий были изъяты из–за отказов n изделий, то вероятность безотказной работы изделия:

Вероятность безотказной работы сложного изделияравна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:

Отсюда следует, что чем больше элементов в изделии, тем ниже его надежность.

Эксплуатация изделия с таким низким показателем P(t) нецелесообразна.

Интенсивность отказов (t). В разные периоды эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Интенсивность отказов– отношение числа п отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий (N – n), исправно работающих в данный отрезок времени, при условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми:

Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов:

Для деталей машин в качестве показателя долговечности используют средний ресурс(математическое ожидание ресурса в часах работы, километрах пробега, миллионах оборотов) или гамма–процентный ресурс(суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах). Для изделий серийного и массового производства наиболее часто используют гамма–процентный ресурс: для подшипников качения, например, 90 %– ный ресурс.

Под вероятностью восстановленияпонимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданное значение.

Основы надежности закладывает конструктор при проектировании изделия (точностью составления расчетной схемы). Определение показателей надежности выполняют методами теории вероятностей, их используют при выборе оптимальных вариантов конструкции. Надежность зависит также от качества изготовления (неточности влияют на распределение нагрузок в зоне силового взаимодействия) и от соблюдения норм эксплуатации.

Курс учебной дисциплины "Детали машин" рассматривает основы расчета и конструирования деталей, узлов и агрегатов, встречающихся в различных машинах и механизмах.
Учебными программами среднего профессионального образования предмет "Детали машин" рассматриваются и изучаются, как раздел учебной дисциплины "Техническая механика", куда входят, также, "Теоретическая механика" и "Сопротивление материалов". В технических и строительных ВУЗах эти предметы изучаются более углубленно и преподаются как самостоятельные учебные дисциплины.

Детали машин должны удовлетворять двум основным условиям: надежности и экономичности. Под экономичностью понимают минимально необходимую стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации.

Понятия и определения раздела "Детали машин"

Предмет "Детали машин" оперирует следующими основными понятиями и определениями:

Машина (от латинского machina) - механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации. Основное назначение машин - частичная или полная замена производственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энергетические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego - присоединяю) - укрупненный унифицированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топливоподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм - искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел. Примерами механизмов могут служить различные редукторы, коробки передач автомобилей, тракторов и т. п.

Прибор - устройство, предназначенное для измерений, производственного контроля, управления, регулирования и других функций, связанных с получением, преобразованием и передачей информации.

Сборочная единица (узел) - изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собираются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии).
Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь - наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла, т. е. деталь - это часть машины, которую изготовляют без сборочных операций.

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные.
Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологических операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия - болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.).

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве современных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шайбы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Их изготовляют ежегодно в больших количествах (в одном легковом автомобиле более пяти тысяч различных типов деталей, более тридцати подшипников), поэтому знание основных методов расчета, правил и норм проектирования, подтвержденных статистикой эксплуатации, очень важно для конструкторской подготовки.
Именно такие детали изучаются в курсе деталей машин.

Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изготовлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и приборов (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответствующих специальных курсах (например, таких как "Теория и конструкция ДВС", "Конструкция и расчет гусеничных машин" и др.).

Классификация узлов и деталей по назначению

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

Корпусные детали , предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприятных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

Соединительные детали для разъемного и неразъемного соединения (например, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибрации или для накопления энергии с целью последующего совершения механической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

Инерционные детали и элементы предназначены для предотвращения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движениях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (маховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внутренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пыльники, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

Детали и узлы регулирования и управления предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, являются требования работоспособности и надежности.
К деталям, непосредственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности.
Еще одно важное требование, предъявляемое к машинам и их деталям – технологичность конструкции, которая характеризуется наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте.

Объекты изучения раздела "Детали машин"

Предмет Детали машин изучает следующие объекты и составляющие звенья конструкций:

Соединения и детали соединений .
Соединения разделяют на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения допускают многократную переборку. Их основные типы: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые, на закрепительных конических втулках.
Неразъемные соединения не допускают многократной переборки. Для разборки такого соединения его нужно разрушить. Основные типы: сварные, клеевые, паяные, заклепочные, соединения с натягом. Последние относят к неразъемным условно, так как они позволяют проводить сборку и разборку, но не многократно.

Детали передач. В курсе рассматривают механические передачи: зубчатые, планетарные, волновые, червячные, фрикционные, ременные, цепные, винт-гайка и некоторые другие.

Детали, обслуживающие вращательное движение – валы и оси, подшипники качения и скольжения, муфты приводов.

При изучении каждого из объектов рассматривается:

Назначение объекта (передачи, муфты, соединения).
Описание конструкции и принципа действия (работы).
Области применения.
Сравнительные достоинства и недостатки.
Условия работы и действующие нагрузки.
Характер и причины отказа – критерии работоспособности.
Применяемые материалы и сведения о технологии изготовления.
Методы расчета и конструирования (составление расчетной схемы; проектировочный и (или) проверочный расчет по основным критериям работоспособности; рекомендации по конструированию).
Направления совершенствования конструкции и методов расчета.

При выполнении курсового проекта дополнительно изучают проектирование корпусных деталей (корпусов, рам, плит), деталей смазывающих устройств, упругих элементов и др.

К корпусным деталям относятся все так называемые базовые детали машин: станины, рамы, блоки цилиндров, корпусы, коробки и др. Все они в основном служат для обеспечения правильного взаимного расположения относительно друг друга остальных деталей машины. Эти детали в большинстве случаев являются наиболее надежными в отношении усталости и износа. Окончание срока их службы обычно совпадает с полным износом всей машины. Поэтому основными критериями работоспособности корпусных деталей машин в связи с их назначением являются прочность, жесткость, устойчивость, виброустойчивость, термопрочность и др. Так, например, к корпусным деталям металлорежущих станков предъявляются высокие требования в отношении жесткости и виброустойчивости, к кузнечно-прессовому оборудованию - в отношении термопрочности, для несущих систем подъемных кранов приобретает важное значение устойчивость.

Из перечисленных выше предельных состояний первым и необходимым условием работоспособности корпусных деталей машин, как и всех других деталей, является прочность при статической нагрузке. Все остальные условия следует рассматривать как дополнительные.

Корпусные детали в машине являются наиболее сложными по своей конфигурации, трудоемкими при их изготовлении. Выход из строя корпусной детали зачастую надолго выводит машину из эксплуатации. Корпусные детали составляют, как правило, значительную часть общего веса машин (например, в станках до 70-90%). Успех борьбы за снижение веса машины зависит от того, насколько удачно конструктор выбрал материал, форму и размеры корпусных деталей этой машины. Поэтому изучение корпусных деталей машин и прежде всего разработка их расчетов является важнейшей проблемой.

Корпусные детали чрезвычайно разнообразны, их конструкции зависят от назначения машины, характера работы ее узлов, действующих усилий и др. Классификация корпусных деталей по Д.Н. Решетову приведена в табл. 2.4.1. Кроме того, корпусные детали можно подразделить по различным признакам на следующие группы:

по назначению: станины (включая рамы трансфертных и подъемно-транспортных машин и несущие кузовы); основания; корпусные детали узлов - корпусы, коробки; стойки, кронштейны и другие неподвижные поддерживающие детали; столы, суппорты, ползуны и другие подвижные поддерживающие детали; кожухи и крышки;

по форме: детали, у которых одно габаритное измерение значительно больше, чем два других (станины, траверсы, ползуны); детали, у которых одно габаритное измерение значительно меньше, чем два других (плиты, плоские столы); детали, у которых все три габаритных измерения имеют одинаковый порядок (коробки, тумбы);

по наличию разъема: целые, разъемные;

по условиям работы: неподвижные, подвижные;

по способу изготовления: литые, сварные, комбинированные.

Таблица 2.4.1 - Корпусные детали

Корпусные детали машин изготавливаются литыми из чугуна, стали или легких сплавов и сварными из прокатной стали или литых и прокатных элементов. В последнее время крупногабаритные детали тяжелого машиностроения начали изготовлять из железобетона. Малогабаритные корпусные детали, как правило, отливают, а более или менее крупные делают как литыми, так и сварными. Примерами литых корпусных деталей могут служить суппорты, столы, ползуны, станины металлорежущих станков. Сварными делают обычно рамы транспортных машин, станины протяжных станков, прессов и т. д.

Вопрос о предпочтительности литой или сварной конструкции корпусной детали проектируемой машины решается на основании учета всей совокупности технических и экономических показателей обоих вариантов, а также возможностей литейного и сварочного цеха того завода, на котором будет изготавливаться машина. Для умеренно нагруженных корпусных деталей, особенно при изготовлении их в крупносерийном и массовом производстве, преимущество на стороне литого чугунного варианта. Сварные конструкции в машиностроении применяют для крупных, но простых по конфигурации сильно нагруженных корпусных деталей, образованных сочетанием простейших геометрических поверхностей (плоскость, цилиндр). Во многих случаях оказывается выгодным одну часть детали, более простую по форме, сделать сварной, а другую - из литья или поковки.

Исключительно большое значение для корпусных деталей имеет выбор форм сечений, систем ребер, перегородок и толщины стенок. Приведем некоторые результаты расчетного и экспериментального сравнения различных форм на изгиб и кручение.

Так, наиболее выгодным в отношении изгиба и особенно кручения при неизменном весе является сечение в форме полого прямоугольника (табл. 2.4.2). Это сечение в отношении прочности при изгибе лишь несколько уступает двутавровому и в отношении прочности при кручении - кольцевому сечениям. Учитывая простоту и удобство в отношении сопряжения с другими деталями, прямоугольная форма получила преимущественное распространение.

Жесткость и прочность полых деталей могут быть значительно увеличены в результате применения ребер и перегородок. По условиям работы корпусная деталь может быть открытой с одной или даже с двух сторон или иметь проемы (окна) в стенках вследствие размещения внутри различных механизмов и агрегатов. Поэтому применение ребер и перегородок становится необходимым. При этом не всякое расположение ребер и перегородок может увеличить жесткость и прочность данной детали. При неудачном их расположении может случиться, что жесткость или прочность увеличилась весьма незначительно и нисколько не оправдывает добавочного расхода материала и трудоемкости изготовления. Вопрос о рациональном размещении ребер и перегородок каждой конкретной детали представляет иногда чрезвычайно сложную и весьма важную задачу расчета корпусных деталей машин. Из табл. 2.4.3 видно, что в отношении жесткости на изгиб и кручение наиболее сильное влияние оказывают диагональные перегородки (модели 5, 6). В остальных моделях это влияние незначительно, причем для моделей 3, 4 относительное увеличение жесткости на изгиб оказывается меньше, чем относительное увеличение веса. Поэтому возникает вопрос, каков будет эффект, если металл, затраченный на перегородки, израсходовать на утолщение стенок. Ответ дан в табл. 2.4.4, из которой видно, что утолщение стенок несколько выгоднее для всех моделей, кроме 5, 6, в отношении жесткости на изгиб и крайне невыгодно в отношении жесткости на кручение. Применение ребер и перегородок для увеличения жесткости все же целесообразнее, чем утолщение стенок.

Вес корпусных деталей машин определяется главным образом толщиной стенок, поэтому толщина стенок должна назначаться по возможности небольшой на основании учета всех технико-экономических факторов. Толщина стенок сварных корпусных деталей определяется критериями их работоспособности. Толщина стенок литых корпусных деталей наряду с вышеуказанными критериями определяется в значительной мере реальными возможностями литейного производства.

Основные размеры и рациональная конструктивная форма корпусных деталей могут быть определены на основании расчета их по предельным состояниям. Однако еще до настоящего времени не разработаны достаточно точные и в то же время надежные и простые методы расчета корпусных деталей машин. На практике они рассчитываются либо слишком приближенно на основании формул сопротивления материалов, либо проектируются на основе тщательного изучения работоспособности аналогичных деталей, причем размеры детали иногда связываются эмпирическими зависимостями с параметрами машины, мало влияющими на их выбор.

Отсутствие инженерных методов расчета вызвано прежде всего тем, что корпусные детали представляют собой чрезвычайно сложные пространственные конструкции, расчет которых на основании теории упругости встречает большие математические трудности.

Среди существующих методов расчета следует отметить весьма важные исследования по разработке технических расчетов корпусных деталей станков на жесткость, проведенные сотрудниками ЭНИМСа под руководством проф. Д.Н. Решетова совместно с коллективами станочных лабораторий станкостроительных заводов. Согласно им, корпусные детали в зависимости от применяемых методов расчета разделены на три группы: брусья, пластины, коробки.

Корпусные детали типа брусьев (станины некоторых станков, поперечины, ползуны и т. д.), у которых одно измерение больше двух других, рекомендуют рассчитывать на изгиб в двух плоскостях и кручение. Жесткость отдельных элементов при изгибе и кручении определяется из условия равенства перемещения рассматриваемого элемента и бруса постоянного сечения.

Детали типа пластин, у которых одно измерение значительно меньше двух других (плиты, плоские столы, суппорты), рассчитывают как тонкие однородные пластины с некоторой приведенной высотой.

Таблица 2.4.2 - Наибольшие изгибающие и крутящие моменты для поперечных сечений различной формы

Таблица 2.4.3 - Характеристики жесткости иа изгиб и

Читайте также: