Машиностроение со временем стало чрезвычайно сложным. Современный автомобиль состоит из 15—25 тысяч деталей, если пересчитать каждую что называется «до винтика».
О том, насколько сложен современный автомобиль, мы задумываемся сравнительно редко — прежде всего благодаря магическому словосочетанию «замена в сборе». Поэтому в процессе демонтажа отслужившего свое генератора, амортизатора или установки новой турбины автовладелец не всегда отдает в себе отчет, что каждый из этих узлов или агрегатов сам по себе представляет непростую конструкцию из нескольких десятков, а то и нескольких сотен отдельных деталей. Если считать автомобиль на уровне отдельных узлов, то он состоит примерно из 1500-2000 деталей. Между тем, даже один двигатель включает в себя несколько тысяч деталей (до 5000). Из которых 150—300 являются наиболее важными и требующими наибольших затрат в эксплуатации. Эти элементы машины работают в унисон, чтобы управлять движением автомобиля в соответствии с конструкцией машины.
Деталь – это элемент машины, устройства состоящая из целого куска материала.
Узел – соединение нескольких деталей, составные части которого (детали) подверглись соединению между собой сборочными операциями на предприятии-изготовителе.
Механизм – устройство, предназначенное для преобразования движения и скорости.
Система – совокупность отдельных частей, связанных общей функцией (например, системы питания, торможения, кондиционирования и т.д.)
Некоторые из этих механических частей являются элементарными механическими элементами, тогда как другие находятся в сборе с другими частями и выполняют в автомобиле определенную функцию. Генератор, сцепление, коробка передач, карбюратор являются примерами таких узлов. Или, положим, поршень амортизатора – да, это отдельная деталь, но каждое поршневое кольцо – это также отдельная деталь, которая должна учитываться.
Изучение элементов машин - это первый шаг к созданию эффективных машин, решающих насущные проблемы. В этом посте мы узнаем об элементах машин и их типах.
В машиностроении элемент машины - это самая маленькая механическая деталь или сборка детали в машине. Обычно они выполняют одну функцию и не могут быть заменены несколькими частями. Например, подшипник может состоять из более мелких деталей, таких как шарики, кольца и уплотнения, но он не может выполнять свою функцию, если он был разделен на составляющие механические части.
Таким образом, элемент машины может быть определен как деталь (например, винт) или узел (например, сцепление) в машине. В общих чертах, элементы машин можно разделить на два основных типа.
Элементы машин общего назначения
Эти элементы являются основными многих типов машин. Такие детали, как крепежные детали (винты, гайки и болты, заклепки и т. д.), Валы, подшипники и шпонки, являются примерами элементов машин общего назначения. Обычно они выполняют одну и ту же функцию во всех этих машинах.
В большинстве случаев элементы машин общего назначения имеют размеры и формы, определенные международными стандартами.
Например, болты с шестигранной головкой могут изготавливаться в соответствии с различными стандартами, наиболее популярными из которых являются Болт ГОСТ 7798-70 и DIN 933. В большинстве этих стандартов они доступны в размерах от M3 до M48 с вариантами точности ,прочности, покрытия, шагом резьбы. Это увеличивает их удобство использования на множестве различных машин, так как легко доступны замены.
Элементы машин специального назначения
Это механические элементы, которые находят особое применение в конструкции машин. Примерами таких деталей являются турбина реактивного двигателя, лопасти вентилятора, поршни, коленчатый вал и т. д. Механическая конструкция этих деталей проектируется отдельно в соответствии с требованиями конструкции.
Рассмотрим на примере судовых двигателей. Они бывают разных конструкций, с количеством цилиндров от 6 до 14.
Для каждого типа двигателя размер каждого компонента изменен: выпускной клапан, головка цилиндра, гильза, поршень, поршневые кольца, шатун и коленчатый вал имеют разные размеры для двух разных типов двигателей. Согласно стандарту ГОСТ 10150-88 "Двигатели судовые, тепловозные и промышленные. Общие технические условия" дизелям присваивают условное обозначение (марку), состоящее из цифр и букв. Цифра в начале марки указывает число цилиндров дизеля, буквы после цифры означают: Ч — четырёхтактный; Д — двухтактный; Р — реверсивный; К — крейцкопфный; С — с реверсивной муфтой; П — с редукторной передачей; Н — с наддувом; Г — газовый; 1А, 2А, 3А, 4А — степень автоматизации.
Типы элементов машин
Элементы машин как общего, так и специального назначения представляют собой элементарные механические компоненты, которые работают вместе, чтобы заставить машину работать. Давайте посмотрим на различные типы общих элементов машин и способы их использования.
Подшипник
Подшипник - один из самых распространенных элементов машин в конструкции машин. Их задача - устранить трение между двумя движущимися частями. Без этого механическая конструкция вращающихся машин неполна. Основная цель подшипников - предотвратить прямой контакт металла с металлом двух частей и обеспечить плавное относительное движение между ними.
Они бывают разных форм и размеров. Обилие доступных конструкций подшипников позволяет разработчикам выбирать подшипники, наиболее подходящие для различных областей применения, обеспечивая максимальную надежность, эффективность, производительность и долговечность.
Подшипники находят применение в диапазоне различных движений, таких как линейное (конвейеры), вращательное (коленчатые валы), шарнирное (двери, окна) и сферическое (шарнирное соединение). Они передают радиальные нагрузки, осевые нагрузки (упорные подшипники) или их комбинацию от вращающегося элемента к корпусу подшипника.
Некоторые области применения подшипников:
- Раздвижные двери / окна / ящики
- Коленчатый вал двигателя
- Конвейерные шкивы и натяжные ролики
- Ветряные турбины
- Двигатели
Шестерня
Шестерни (на техническом языке — зубчатые колеса) - это элементы машины для передачи мощности и вращения между двумя валами. Они могут увеличивать или уменьшать угловую скорость, одновременно уменьшая или увеличивая крутящий момент, следуя законам сохранения энергии. Основным элементом зубчатых колёс являются зубья, а основным параметром зубчатых колёс является модуль. Модуль – это длина диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб колеса. По сути, они действуют как рычаги в механической системе перемещения.
Зубья двух шестерен входят в зацепление друг с другом и передают мощность от ведущего вала к ведомому валу. Обычно валы параллельны, но специальные шестерни способны передавать мощность между пересекающимися, а также непараллельными, непересекающимися валами.
Возможность эффективно работать в любой ориентации означает, что они также могут быть разных форм. Большинство шестерен имеют цилиндрическую форму с зубьями по окружности. Другие имеют форму, напоминающую вал (червячная передача) или стержень (зубчатая рейка). А у других зубы на лице вместо окружности (торцевые шестерни).
Несмотря на то, что важно выбрать общий тип зубчатого колеса, необходимо также уделить должное внимание таким факторам, как стандарт точности (DIN, AGMA, ISO), необходимость в шлифованных или термообработанных зубьях, размеры (ширина поверхности, угол наклона винтовой линии, модуль , количество зубьев и т. д.) и многое другое.
Некоторые применения шестерен:
Коробка скоростей станка
Коробки передач для транспортных средств
Миксеры и блендеры
Стиральные машины
Вал
Вал (в технике) это длинный цилиндрический компонент машины (обычно установленный в подшипниках), используемый для крепления вращающихся частей машины, таких как шкивы и шестерни, передающий крутящий момент. Вал - одна из основных частей практически всех машин и механизмов. По конструкции различают прямые валы (гладкие, ступенчатые или шлицевые распредвалы, коленчатые валы, гибкие валы и т. д. Валы обычно разрабатываются для уникального применения и обрабатываются на токарных и фрезерных станках.
Наиболее распространены валы с прямыми ступенями, в которых стопорные ступени предотвращают осевое смещение деталей, расположенных на валу, а переходные ступени отмечают границы секций с разным диаметром и допусками. Критерии проектирования валов включают прочность, жесткость и устойчивость к вибрации. Инженеры конструкторы используют их, когда расстояние между компонентами трансмиссии слишком велико для прямого соединения, или если они работают в разных средах.
Например, в случае судового гребного винта расстояние между двигателем и гребным винтом слишком велико, поэтому по пути следует использовать длинный вал с несколькими подшипниками.
Вал может быть сплошным или полым, в зависимости от необходимости. Сплошные более компактны, но их полые аналоги имеют большую грузоподъемность при том же весе. Для валов, испытывающих большие нагрузки во время эксплуатации, конструкторы отдают предпочтение полому валу, так как он имеет более высокую жесткость и изгибающие моменты.
Некоторые применения валов:
- Коленчатые валы / распредвалы двигателей внутреннего сгорания
- Оси автомобиля
- Двигатели
- Насосы
Шпонка
Шпонку вала можно определить как компонент из металла, который используется для соединения вращающегося элемента машины с валом. Обычно он используется для предотвращения относительного вращения между двумя частями, и они могут передавать крутящий момент. Вращающийся элемент (такой как шкив, шестерня) и вал должны иметь шпоночное гнездо и шпоночную канавку для правильного функционирования шпонки вала. На валу имеется предварительно вырезанная прорезь, в которую может входить одна часть шпонки вала, а другая часть шпонки вала входит в шпоночную канавку, которая представляет собой прорезь, предусмотренную в ступице. Вся система известна как шпоночное соединение и способна обеспечивать относительное осевое перемещение между двумя частями.
Типы шпонок
- призматические DIN 6885 (ISO 773), ГОСТ 23360-78
- сегментные DIN 6888 (ISO 3912), ГОСТ 24071-97
- клиновые с головкой DIN 6887 (ISO 774), ГОСТ 24068-80
- тангенциальные ГОСТ 24069-97
Шпоночное соединение не допускает относительного вращательного движения, но может допускать осевое движение в небольшой степени, поскольку шпонки вставляются в осевом направлении. Из-за такой функции шпонки должны выдерживать высокие сжимающие и сдвиговые нагрузки. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют расчетом на прочность. Таким образом, разрушение шпонки при смятии и срезе являются важными факторами в механической конструкции.
Некоторые применения шпонок:
- Двигатели
- Морские винты
- Зубчатые передачи
- Шкивы
- Звездочки
Муфта вала
Муфта вала - это механический компонент, который соединяет два вращающихся линейных вала с основной целью передачи энергии в механической конструкции. Вся сборка вращается с одинаковой скоростью. Муфта может быть жесткой или гибкой, в зависимости от необходимости.
Гибкая муфта может поглотить любые монтажные ошибки, а также любые незначительные перекосы между валами, которые могут возникнуть со временем. Они также поглощают удары и вибрацию, увеличивая срок службы машин. В отличие от сцепления, муфты не входят в зацепление и не расцепляются.
Эти элементы машины также изолируют теплопередачу между двумя концами в некоторых устройствах. Например, двигатель может сильно нагреваться во время работы. Муфта предотвращает передачу тепла от двигателя к исполнительному механизму.
Некоторые муфты работают как предохранители. Если крутящий момент превышает определенный предел, они разрывают и разрывают соединение между ведущим и ведомым компонентами для защиты чувствительного оборудования. Такая муфта известна как механическая муфта с защитой от перегрузки и обычно используется для защиты двигателей и приводных систем в силовых передачах.
Некоторые применения муфт:
- Генераторы
- Управление движением в робототехнике
- Автомобильные рулевые тяги
- Автомобильные дифференциалы
Крепеж
Цель крепежа состоит в том, чтобы обеспечить механическое сцепление объектов. Проще говоря, крепеж помогает удерживать объекты на месте или вместе механически.
Вы можете возразить, что клей может эффективно выполнять эту функцию. Если клей не является образцом крепежа, то что такое крепеж?
В машиностроении для скрепления двух или более компонентов оборудования используются различные типы крепежных изделий. Они создают временные стыки, которые при необходимости ремонта или замены можно разобрать, клей скрепляет изделия без возможности разборки. Исключением из этого правила является заклепка, которая является неразъемным крепежом. Некоторые машины работают в экстремальных условиях. Основное назначение крепежных элементов - защита этих машин от высокого давления, чрезмерных усилий и вибрации.
При проектировании машин важно быть как можно более конкретным в отношении конструкции или выбора крепежных элементов в устройстве. Это необходимо для обеспечения того, чтобы эти элементы машины могли управлять силами, которым продукт будет подвергаться в процессе эксплуатации без сбоев. Крепежные детали обычно изготавливаются из углеродистой, нержавеющей или легированной стали.
Некоторыми примерами крепежа являются винты, гайки / болты, шплинты, заклепки и стопорные кольца. И они используются везде, независимо от отрасли. Единственный вопрос, который следует задать, - нужно ли разбирать узел для обслуживания или нет, как при выборе заклепок, штифтов против винтов, болтов и гаек.
Фурниту́ра
Фурниту́ра (фр. fourniture, от fournir — доставлять, снабжать) — вспомогательные части и детали, необходимые для изготовления некоего цельного предмета. Промышленная фурнитура – это те детали, за которые часто «цепляется взгляд», поэтому необходимо серьезно подходить к выбору комплектующих. Ручки, рычаги, регулируемые опоры, петли, замки, рычаги, маховики (штурвалы), зажимы, фиксаторы а также различные аксессуары должны не только обладать необходимыми техническими характеристиками и повышенной износостойкостью, но и подходить с точки зрения дизайна.
Кроме того, дизайн сегодня просто обязан быть эргономичным, то есть соответствовать особенностям использования изделия - это простой, но эффективный дизайн, обеспечивая более короткое время вывода на рынок и рентабельный продукт.
Инженерный подход к выбору элементов машин не всегда может быть заметен сразу, но он может способствовать долгосрочному успеху продукта. Правильный выбор элементов машин может сильно повлиять на конкурентоспособность продукта организации.
