Механизмы преобразования движения

1. ВСТУП.

1.1.Розвиток машинобудування в країні.

Ми живемо в оточенні машин і так до них звикли, що не можемо уявити собі, як обійтись без цих багаточисленних помічників, які полегшують нашу працю, наше життя. Далеко не завжди ми віддаємо собі звіт в тому, скільки різноманітних машин існує поряд з нами. Тільки деякі з них знаходяться перед нашими очима, а скільки є машин про існування яких ми навіть не здогадуємось.

Що відомо нам про машини, за допомогою яких були виткані тканини, спечений хліб, запаковані консерви, надруковані кноги і журнали! А ці машини зв"язані з іншими – ті, завдяки яким вони з"явились на світ. Кожен рік, кожен день інженери-конструктори працюють над новими машинами, реконструють старі.

Машини розвиваються дуже швидко. Сама людина розвивалась не меньше двох мільйонів років, а вся історія машин складається тільки в два з половиною тисячоліття.

Можливо, першою машиною в сучасному розумінні, був водяний млин, не що інше, як перетворення енергії водяного потока в енергію обертання. Перші млини з"явилися на гірських річках і швидко розповсюдились всюди, де можна було зробити перепону води.

Іншими галузями діяльності людини, в результаті якої виникли машини, було будівництво і водозабеспечення. З"являються пристосування для підйому і переміщення вантажів, принцип дії яких залишився в сучасних вантажопідйомних пристроях і машинах.

Важко визначити час винаходу тих чи інших машин, можливо, що вони винаходились неодноразово. З"явилися машини, які можна назвати пневматичними, тому що вони служили для перетворення не сили, а руху. Їх можна назвати автоматами, походження яких дуже давнє. За допомогою таких автоматів проводились театралізовані і релігійні дійства, поряд з машинами автоматами були і великі, керуючі рухом статуй.

Винахід пневматики зв"язаний з іменем Александрійського механіка Ктесибія. Він винайшов двохциліндровий пожежний насос, водяний годинник, водяний орган, а також аеротрон-воєнну машину, в якій роль упругого тіла відіграє стиснуте повітря.

Згадаємо, що великий математик і механік Архімед, один із самих визначних вчених в історії людства досяг дуже багато. В математиці він винайшов бинегральне числення, набагато випередивши свій час. Він винайшов гвинт, використовував зубчасте колесо, знайшов закон який носить його ім"я, винайшов багато нових машин. Під час осади рідного міста римлянами він винайшов нові військові машини, які надовго затримали набагато сильнішу армію римлян під стінами сиракуз. Але всеж місто пало, і один з римських солдат убив Архімеда. Останніми словами великого вченого були : "Не трогай моих чертежей".

На жаль, до нас дійшло мало відомостей про інженерів давнини і деякі з них залишили написані ними книги, про інших відомі лише імена.

Зараз ми знаємо, що в Древній Греції були дуже поширені військові машини. В Римській імперії були винайдені сільскогосподарські і будівельні машини. В кінці 1 ст. до н.е. римський архітектор Марк Вітрувій Полійон написав "десять книг про архитектуру". Цого твором користувалися півтори тисячі років. Десята книга твору присвячена машинам, і тут дано, мабуть, перше означення машини, "Машина є совокупність з"єднаних разом дерев"яних частин, які мають велику силу для переміщення вантажів".

В арабських країнах велике поширення мало ткацьке виробництво. Перетворення поступального руху в рух обертовий за допомогою педального механізму, використане в конструкції

гончарного круга, зробило кращою якість пряжі і прискорило виробництво. Мабуть біля ІІ ст. до н.е. в Китаї був винайдений станок з рухомими шнурами для підняття і опускання ниток після кожного перельоту човника. Цей станок був освоєний ткачами Середньої Азії. і Близького Сходу.

В Х-ХІ ст. був винайдений годинник. Винахідником годинника називають математика Герберта Орійянського, який завів у Європі "арабські" цифри. Можна сказати, що винахід і виготовлення годинників допомоголо становленню механіки. Очевидно, наприклад, що зубчасті колеса широко поширилися в техніці завдяки винаходу годинника.

Перша універсальна парова машина була винайдена механіком Коливано-Вознисенських заводів Іваном Івановичем Ползуновим.

Важливу роль в механіці машин мав головний механізм парової машини- кривошипно-шатунний механізм, який служить для перетворення зворотньо-поступального руху поршня у рух обертальний.

Парова машина дала можливість стоворити механічний транспорт. Перший локомотив в 1814 році побудував Джордж Стефенсон. У вересні 1810 році була відкрита перша в світі 40-км пасажирська лінія Ліверпуль-Манчестер.

Одночасно проходило і становлення механізованного водного транспорту. В 1818 році перший пароплав перетнув Атлантичний океан. Це була "Саванна", яка мала довжину 30,5 м. і ширину 7,9 м.

В 1822 році англічанин Г.Огль збудував жатку в якій використав принцип зрізки . В 1826 році П.Белл винайшов машину, придатну для збору урожаю.

Розвиток машин з середини минулого століття іде все швидшими темпами. З"являються нові типи машин. В 1879 році механік К. Бенц винайшов двохтактний двигун. Перший автомобіль Бенца був трьохколесним, він мав максимальну швидкість 16 км/год. В той самий рік Готліб Даймлер побудував мотоцикл, на якому встановив малогабаритний двигун власної конструкції. В 1892 році свій перший автомобіль побудував американський механік Генрі Форд. Він організував в детройті великий концерн по виробництву автомобілів і став одним із засновників американської автомобільної промисловості.

З деяким відставанням від автомобіля був винайдений літальний аппарат важчий повітря-аероплан. це було в 90-х роках ХІХ ст.

Перша світова війна переключила машинобудівні заводи на виробництво зброї. Виникають нові військово-транспортні засоби, артилерійськи системи, будують механізми для артилерійських систем. Були винайдені броне-автомобілі, а в 1916 році в бою на річці Соммі англійці вперше використали танки.

Найстарішим із транспортного машинобудування було локомотивобудування. В 1924 році радянський інженер Яков Модестович Гаккель спроектував і побудував перший в світі магістральнийтепловоз, а в 1933 році Кололипський завод почав його серійнийне виробництво.

Авіація в нашій країні швидко досягла по всіх показниках великих успіхів. В 12\923 році під керівництвом радянського авіаконструктора Костянтина Александровича Калініна в Харкові був побудований пасажирський літак К-1. В 30-х роках було побудовано велике сімейство літаків АНТ, побудованих під керівництвом авіаконструктора Андрія Миколайовича Туполева, учня Жуковського. На літаку АНТ-25 був вперше здійснений безпосадковий переліт Москва-Північний полюс-Ванкувер (США).

В середині 20-х років під керівництвом Аркадія Дмитровича Швидова був побудований перший авіаційний двигун з водяним охолодженням. Це значно прискорило дальший розвиток авіації.

Сільске господарство в 20-х роках повільно почало механізуватися. Побільшало число тракторів, з"являються машини нових типів. з початку 30-х років Запорізький завод "Комунар" почав випуск комбайнів своєї конструкції. Тоді ж почали діяти Саратовський завод комбайнів і Ростовський завод сільскогосподарських машин, на якому було почато виробництво збиральних комбайнів. З"явились канавокапальні машини для збирання овочів.

Швидкий розвиток машинобудування поставив нові завдання перед металургією : радянські заводи почали виробництво важкої металургічної техніки. Швидкими темпами закінчилась реконструкція Старокраматорського машинобудівного заводу, почав працювати Новокраматорський завод. В 30-х роках на цьому заводі для "Запоріжсталі" був побудований потужний прокатний стан-блюмінг.

30-ті роки – це час швидкого розвитку ковальско-пресового обладнання, без якого було б неможливе масове виробництво машин. в нашій країні в роки перших п"ятирічок кількість пресів і механічних молотів вітчизняного виробництва значно виріс. Був освоєний випуск парових молотів з вагою подаючих частин 1-3 тони і кривошипних пресів до 900 т., а також ножиць для різкі металу, горизонтально-ковальських машин.

Зрозуміло, що для приведення в дію маких потужних машин необхідна була відповідна енергетична база. Основною енергетичною машиною стала турбіна. Так, що в 30-ті роки на Ленінградському металічному заводі була побудована турбіна потужністю 100 МВт.

Механізація в гірській справі швидко розвивалась в роки першої та другої п"ятирічки. Був налагоджений випуск врубових і навалочних насосів, бурових машин. Побудова вугільних комбайнів була великим кроком вперед. Практично до 40-х років радянська вугільна промисловість за рівнем механізації зайняла перше місце в світі.

Виробництво будівельних і дорожних машин в значній мірі були поставлені в перші роки п2ятирічки. Вітчизняні заводи освоїли виробництво бетонометалів, розчинометалів і почали серійний випуск екскаваторів.

В кінці першої п"ятирічки на будівництві з"явились стрічкові транспортери, спочатку імпортного, а потім і вітчизняного виробництва. На багатьох заводах освоїли виробництво пневмотичних компресорів, що дозволило підвищити рівень механізації важких робіт і забезпечити їх безпечність.

Структура машин і механізмів в 30-40-ві роки має деякі зміни :

в якості структурних елементів, в їх склад поряд з жорсткими і гручкими елементами починають входити рідкі, газоподібні, електромагнитні, а потім і електронні елементи.

Друга світова війна внесла значні корективи в розвиток машинобудування, інженерна думка працювала в основному в напрямку вдосконалення мехніки для ведення війни, але разом з тим вона не з меньшим успіхом використовувалась у мирній праці.

В 70-х роках в нашій країні була побудована машина для діагностики вроджених пороків серця. Вона працювала за методом порівняння того, що закладено було в її пам"ять, з данними, одержаними при обстеженні хворого. З цієї машини почалось використання ЕОМ в медицинській практиці.

В повоєнні роки значні зміни відбулися в авіації :

поршневі двигуни поступилися місцем реактивним, що дало можливість підняти паралельну висоту польотів до 35 км., швидкість польоту до 25 тис. км/год. Звичайно що при цьому змінювався не тільки двигун, а і весь літак. Поряд з реактивними і турбореактивними почали використовувати і турбогвинтові, високоекономічні і надійні. в 50-х роках був збудований перший турбогвинтовий двигун, який зайняв одне з перших місць в громадській авіації. Тоді ж почався серійний випуск турбореактивного лайнера Ту-104 конструкції Туполева. цей лайнер на висоті 10 км розвивав швидкість 800 км/год.

В 60-ті роки колектив під керівництвом Олега Костянтиновича Антонова збудував самий великий в світі транспортний літак АН-22 ("Антей") – цільнометалічний моноплан з високодинамічним крилом, на якому встановили чотири турбогвинтові двигуни. Звичайно, управління такими гігантами можливе лише при дуже високому рівні автоматизації.

Зросли габарити і енергетичних машин. в кінці 50-х років в Харкові були спорудженні парові турбіни потужністю 100МВт. Ці турбіни успішно пропрацювали на вітчизняних теплових електростанціях. В 70-х роках потужність парових турбін в одному агрегаті збільшилась в 15 раз.

Росте також потужнисть гідротурбін, при цьому бачимо тенденцію до зниження ваги і одночасно до підвищення техніко-економічних показників машин. Вже в 70-ті роки потужність гідравлічних турбін була 600МВт в агрегаті.

В середині століття були винайдені машини, за допомогою яких людина вийшла в космос. Перший радянський штучний спутник Землі,перший політ людини в космос свідчили про те, що можливості машин ще не вичерпані.

Тільки три десятиліття потому в США був виданий патент на автомат, який вперше назвали прромисловим роботом. Тепер Японія перша країна по виробництву промислових роботів.

В нашій країні збудовані роботи як універсального так і спеціалізованного використання. Сім"я роботів і маніпуляторів періодично поповнюються новими зразками. Лише декілька десятків років відокремлює нас від того часу, коли на місяці почала працювати радянська космічна станція, яка мала змогу дослідити супутник Землі завдяки системі штучного зору. В 1970 році на Місяць був закинутий автоматичний міжпланетний радянський самохідний аппарат "Луноход-1", який мав шассі високої прохідності і приймав команди із Землі. Через 3 роки вже почав працювати "Луноход-2"-автоматичний аппарат з цілим рядом удосконалень.

Взагалі ж машини автоматичної дії -це машини майбутнього. Поступово вони освоюють все більше і більше функцій людини і живого організму. Очевидно з їх допомогою будуть вирішені не тільки спеціальні завдання машинної техніки, а і важливе і спільне багатьма галузями промисловості завдання - механізація важких

робот.

2. ТЕОРИТИЧНА ЧАСТИНА.

2.1. Призначення, галузь використання, позитивні якості та недоліки механізмів ; метеріал що використовується для виготовлення деталей механізмів.

Механізмом називають сукупність рухливо поєднаних тіл (ланок), які здійснюють під дією докладених зусиль певні доцільні рухи. Рухомі ланки, що утворюють механізм, поєднані між собою кінематичними парами і нерухомою ланкою. Робота механізму пов"язана або з передачею енергії з одного вала на інший і зміною кутових швидкостей (зубчаста, ремінна, ланцюгова та іншіпередачі), або з перетворенням одного виду механічного руху в інший, наприклад обертального у зворотно-поступальний, і навпаки (кривошипно-шатунний, кулачковий та інші механізми).

Основне призначення механізмів перетворення руху – перетворення обного виду механічного руху в інший. Найчастіше це перетворення обертального руху в поступальний, рідше навпаки (інколи для інших видів перетворення руху).

Основні види механізмів перетворення руху :

Ексцентриковий механізм.

Кулачковий механізм.

Кулісний механізм.

Храповий механізм.

Реечний механізм.

Механізм гвинт-гайка.

Всі зазначені вище механізми використовуються майже в кожній сфері діяльності людини. Важко перерахувати всі галузі діяльності людини в який застосовуються механізми перетворення руху, це і машинобудування, і приладобудування, авіаційна та автомобільна промисловість та інші, і навіть така високотехнологічна галузь як космічна промисловість. Але найширше застосування ці механізми отримали в верстатобудуванні. зараз нема жодного верстата, в якому не був би застосований хоч один з механізмів перетворення руху.

Якщо казати про недоліки механізмів, то основним з них є досить складна побудова цих механізмів, та складне виготовлення деталей цих мехханізмів. Довгостроковість та якість цих механізмів має пряму залежність від довгостроковості і якості роботи кожного з елементів механізму і якщо хоч один з елементів механізму втрачає свої початкові параметри, то і весь механізм починає працювати з відхиленням від норми, або перестає працювати взагалі. Кожна з частин механізму має складну форму і процес виготовлення коштує чималі кошти. Також не аби яке значення має досить дороге і працеємне обслуговування цих механізмів під час роботи. Саме тому ремонт деталей цих механізмів коштує часто дорожче, ніж виготовлення нових, тому в кожному конкретному випадку судять про доцільність і метод ремонту. До недоліків цих механізмів можно також віднести відносну дорожнечу матеріалів з яких вини виготовляються. Але якими не булиб недоліки механізмів перетворення руху, замінити їх іншими механізмами не має можливості. І саме в цьому є їх головний недолік. Але якщо викрислити ці механізми з побудови обладнання та машин, в яких вони використовуються, останні просто втратять свою працездатність.

Що стосується матеріалів, з яких виготовляються деталі механізмів, то перелік цих матеріалів досить значний, тому зазначимо лише основні із них :

а) Механізм гвинт-гайка.

Гвинти звичайно виготовляють з середньовуглецевих марок (У10 і У12) або інструментальних марок (45 і 50) сталей; гайки – з олов"янистих бронз (Бр.ОНФ 10-1-1 або Бр.ОЦС 4-4-17) або атифрикційного чавуну (АЧК-1, АЧК-2).

б) Реечний механізм.

Як зубчасте колесо так і зубчаста рейка виготовляється з різноманітних матеріалів, як із сталей так і чавунів. Ось деякі з них :

Чавуни

сірий (СЧ 30-35)

високоміцний (ВЧ 50-100)

ковкий (КЧ 45-80)

Сталі

середньовуглецеві та високовуглецеві конструкційні (30-85)

низьковуглецеві леговані (15Х, 15ХА,20Х,20ХН3А)

середньовуглецеві леговані (30ХН3А, 40Х, 40ХН, 45ХН)

в) Храповий механізм.

Храповик та собачка в храповому механізмі виготовляються з тих же матеріалів що і деталі реечного механізму. Диск, осі та важелі найчастіше виготовляють з середньовуглецевих легованих сталей (30ХН3А, 40Х, 40ХН, 45ХН), а також високовуглецевої сталі конструкційної сталі (60-85).

г) Кулісний механізм.

Серги, кулісний камінь та куліса найчастіше виготовляються зі середньовуглецевої легованої сталі (30ХН3А, 40Х, 40ХН, 45ХН) та сталей 55Г, 60Г2, 65С2ВА. Зубчасте колесо зі сталей зазначених в п. б.

д) Кулачковий механізм.

Кулачок найчастіше виготовляють з високовуглецевої конструкційної сталі (60-85), та низьковуглецевої легованої сталі (15Х, 15ХА, 20Х, 20ХН3А). Ролик або наконечник на кінці штовхача виготовляють з матеріалів зазначених вище, а також середньовуглецевих конструкційних сталей (30-58).

е) Ексцентриковий механізм.

Ексцентрик та ролик найчастішевиготовляють із сталей зазначених в п. д.

2.2.

2.2.1. Ексцентриковий механізм.

В ексцентриковому механізмі (мал.1), ексцентрик 7 становить собою круглий диск, вісь якого зміщена відносно осі обертання вала, на якому він закріплений. Коли вал 8 обертається, ексцентрик 7 впливає на ролик 9, переміщуючи його і пов"язаний з ним стержень 10вгору. До низу ролик повертається пружиною 11. Отже, обертальний рух вала 8 перетворюється ексцентриковим механізмом у поступальний рух стержня 10.

2.2.2. Кулачковий механізм.

Кулачковий механізм широко застосовується у верстатах-автоматах та інших машинах для здійснення автоматичного циклу роботи; вони можуть бути з дисковими циліндричним і торцевим кулачками. Показаний на мал. 2 в механізм становить собою кулачок 12, який має на торці канавку 13 складної форми; у канавку поміщено ролик 14, з"єднанийз повзуном 15 стержнем 16. В результаті обертання кулачка 12 (на різних його ділянках) повзун 15 рухається з різними швидкостями прямолінейно зворотно-поступально.

2.2.3. Кулісний механізм.

Кулісний механізм широко застосовується, наприклад, у поперечно-стругальних і довбальних верстатів. Показаний на мал. 3 повзун 17, на якому закріплено супорт з ріжучим інструментом. щарнірно пов"язана за допомогою серги 18 куліса 20, яка коливається праворуч і ліворуч. Знизу вона закріплена в шарнірному з"єднанні 22 й обертається навколо цієї осі під час коливання. Коливається куліса в результаті зворотно-поступальних переміщень в її пазу так званого кулісного каменя 21. який одержує рух від з"єднаного з ним зубчастого колеса 19. яке називається колесом, закріпленим на ведучому валу. Швидкість обертального руху кулісного колеса регулюється коробкою швидкостей, пов"язанною з електродвигуном.

Довжина ходу повзуна 17 залежить від того, в якому місці встановлено на кулісний шестерні кулісний камінь : чим далі від центра шестерні він розташований тим більший кут коливання куліси і довший хід повзуна і навпаки.

2.2.4. Храповий механізм.

Храпові механізми дозволябть у широкому діапазоні змінювати величину періодичних переміщень робочих органів машини. Типи храпових механізмів і галузі їхнього застосування різноманітні.

У храповому механізмі є диск 2 (мал.4) з пазом, в якому закріплюютьвісь 3, яка регулюється за відстанню Х, храповик 6 зі скошеними в один бік зубами, важелі 4 і 8, з"єднані з диском і храповиком шарнірно, і собачка 5, яка вільно сидить на спеціальній осі, закріпленій на важелі 8. Диск і храповик нерухомо закріплені відповідно на осях 1 і 7.

При обертанні диска вісь 3 описує коло і переміщує важиль 4, надаючи важелю 8 коливального руху. При цьому в залежності від напрямку коливання а-б собачка ковзає по заокругленій частині зуба храповика і потрапляє в його западину під дією сили тяжіння або спеціальної пружини ; упираючись у зуб, собачка штовхає його вперед. В результаті кожного обертання диска храповик з веденим валом здійснює уривчастий (кроковий) рух (обертання). Розмір кроку може бути малим (через кожен зуб) і великим (через два і більше зубів), що досягається перевстановленням кута коливання а-б важеля 8.

2.2.5. Механізм гвинт-гайка.

Основними деталями механізму є гвинт 1 і гайка 2 (мал. 5). Механізм широко застосовують у найрізноманітніших машинах для перетворення обертального руху у поступальний або навпаки. Особливо часто їх застосовують у верстатах для здійснення прямолінейного допоміжного (подача) або установочного (підведення, відведення, затискання) руху таких складальних одиниць як столи, супорти, каретки, шпіндельні бабки, головки тощо ( гвинти у цьому випадку називають ходовими).

Крім того, гвинтовий механізм служить також для підняття вантажів або взагалі передачі зусиль. З цією метою його застосовують у домкратах, гвинтових стяжках тощо (гвинти в цьому випадку називають вантажними). Звичайно у гвинтових механізмах (передача гвинт-гайка) рух передається від гвинта 1 до гайки 2, тобто обертальний рух гвинта перетворюється у поступальний рух гайки. Але існують і конструкції, в яких рух передається від гайки 2 до гвинта 1 а також передачі в яких обертання гвинта перетворюється у поступальний рух того ж гвинта при закріпленій нерухомо гайці. Прикладом такого механізму може служити гвинтова передача верхньої частини фрезерного верстата (мал. 6). При обертанні рукояткою 6 гвинта 1 у гайці 2, закріплений гвинтом 3 у полозках 4 стола 5, гвинт 1 починає рухатися поступально. Разом з ним рухається по напрямних полозках стіл 5.

2.2.6. Реечний механізм.

Основними деталями механізму є зубчасте колесо 2 і зубчаста рейка 1 (мал. 5). Механізм широко застосовують у найрізноманітніших машинах для перетворення обертального руху у поступальний інколи навпаки. Особливо часто їх застосовують у верстатах для здійсненя прямолінейного продольного або поперечного руху деталей верстата. Зубчасте колесо 2 виконуючи обертальний рух навколо своєї осі, передає за допомогою зубчастого счеплення рух рейці 1, яка виконує прямолінейний рух. Напрямок руху рейки 1 залежить від напрямку руху зубчастого колеса 2. Зубчасті колеса та рейки виготовляють з прямими. косими і кутовими (шевронними) зубами.

2.3.

Технічний прогрес висуває все більш високі вимоги до якості сучасних механізмів та машин. Під якістю машин та механізмів розуміють сукупність властивостей, які визначають її придатність до використання за призначенням. Кретерії оцінки якості механізму можуть бути поділені на дві основні групи – виробничо-технологічні й експлуатаційні. До виробничо – технологічних показників належать собівартість механізму, маса тощо. З експлуатаційних показників найважливішим є надійність, бо вона характеризує стабільність якості. інші експлуатаційні показники якості механізмів (продуктивність. економічність, ступінь механізації й автоматизації тощо) без забеспечення належної надійності втрачають своє значення. До кожної деталі, складальної одиниці, механізму, машини в цілому висовуються певні вимоги щодо надійності.

надійність – властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи експлуатаційні показники в заданих розмірах протягом визначеного проміжку часу або визначеного наробітку. Надійність виробу обумовлюється його працездатністю, довговічністю і ремонтопридатністю.

працездатність – стан виробу, при якому він здатний виконувати задані функції з параметрами. встановленними вимогами технічної документації.

безвідмовність - властивість виробу зберігати працездатність протягом певного наробітку без вимушених перерв. Наробіток -–тривалість або обсяг роботи виробу, які вимірюються в годинах, циклах, деталях тощо. Для металорізних верстатів наробіток, як правило, вимірюється в годинах чи оброблених деталях. Розрізняють наробіток за певний період, до першої відмови, між відмовами тощо. Відмова – це явище, яке полягає в порушенні працездатності виробу. Для металообробного устаткування відмовами є поломки деталей, розрегулювання, вихід будь-яких параметрів за межі встановлені ГОСТами чи ТУ, внаслідок чого устаткування не може виконувати поставлене перед ним завдання тощо. металорізні верстати належать до відновлюваних виробів.

несправність – стан механізму, при якому він не відповідає хоча б одній з вимог технічної документації.

довговічність - властивість механізму зберігати працездатність до граничного стану з необхідними перервами для технічного обслуговування і ремонтів. (Граничний стан механізму визначається неможливістю його подальшої експлуатації чи зниження ефективності використання нижче допустимого рівня).

ремонтопридатність – властивість виробу, яка полягає в його пристосуванні до попередження, виявлення й усунення відмов і несправностей шляхом проведення технічного обслуговування і ремонтів. Кількісно ремонтоздатність визначається витратами часу і засобів на усунення відмов. Витрати часу на усунення відмови включають в себе час, необхідний для виявлення відмови, відшукування несправності, підготовки запасних деталей для ремонту, заміни чи відновлення несправного сполучення, після ремонтного налагоджування, перевірки якості ремонту, а також організаційні втрати часу. Отже, ремонтопридатність характеризується пристосованність машини до вимог щодо ліквідації пошкоджень, ремонтодоступністю і ремонтоздатністю.

придатність відшукування пошкоджень – діагностування, виявленню технічного стану устаткування без розбирання складальних одиниць залежить від конструктивних особливостей машин і наявності в ній пристроїв для захисту від перенавантажень і помилок обслуговуючого персоналу, а також пристроїв, які сигналізують про пошкодження.

ремонтодоступність – оцінюється зручностями монтажу і доступу до деталей і складових одиниць з метою їхнього огляду чи заміни, а також для обслуговування системи ; ремонтодоступність залежить від типу і виду закріплення деталей і складальних одиниць, наявність вільних (зручних) роз"ємів, кількості й маси деталей, що знімаються для ремонту, ступенем складності рухів при оглядах і ремонтах.

ремонтоздатність – визначається наявністю технологічних баз для відновлення висхідних координат, наявністю компенсаторів спрацювання фрикційних муфт,тощо ; конструктивними особливостями спрацьованих деталей, які забеспечують їхню придатність до відновлення ; наявність пристроїв, які захищають від корозії і проникнення в механізм емульсії, а також служать для відведення стружки і захисту поверхонь, що труться, від пошкоджень ; можливістю заміни деяких деталей і складальних одиниць при модернізації устаткування.

Ремонтопридатність чинить значний вплив на рівень витрат, пов"язаних з експлуатацієй промислового устаткування, і є одним з найважливіших засобів забеспечення надійності і довговічності роботи машин.

3. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА.

3.1.

Дефект – це відхилення будь яких параметрів деталі механізму від встановлених нормативів та ГОСТів на цю деталь, а також усіх параметрів встановленних на прцес ззаємодії між деталями механізму, тобто зміна розмірів форми маси або стану його поверхонь в наслідок спрацювання.

Основні види дефектів деталей механізмів :

спрацьовуваність робочих поверхонь (зміни розмірів і геометричної форми деталей);

наявність викришування, тріщин, сколів, пробоїн, подряпин, задирів тощо ;

залишкові деформації у вигляді вигину, перекосу ;

зміни фізико-механічних властивостей у результаті впливу температури, вологи тощо ;

зірвані різьби, корозія тощо ;

Основні причини виникнення дефектів механізмів :

перевищення встановленного строку експлуатації механізму ;

неправильна експлуатація та обслуговування механізму ;

недоліки виникаючи під час виготовлення деталей з подальшою їх експлуатацією ;

Процес виявлення дефектів називається дефектування. Під час дефектування кожну деталь спочатку оглядають, потім відповідним перевірочним та вимірювальним інструментом контролюють її форму і розміри. В окремих випадках перевіряють взаємодію даної деталі з іншими, сполучуваними з нею, щоб встановити, що доцільніше - її ремонт чи заміна новою.

В процесі дефектування користуються різноманітними способами для всебічного обстеження деталей і виявлення різноманітних дефектів.

Зовнішній огляд – дозволяє виявити значну частину дефектів : пробоїни, ум"ятини, явні тріщини, сколи, значні вигини і перекоси, зірвані різьби, порушення зварних, паяльних і клейових з"єднань, викришування в підшипниках і зубчастих колесах, корозію тощо.

При перевірці на дотик – визначають спрацювання і зминання різьби, легкість прокручування підшипників кочення і цапф вала в підшипниках ковзання, легкість переміщення шестерень по шліцах, наявність і відносну величину зазорів сполучуваних деталей, щільність нерухомих з"єднань.

Легке простукування - деталі молотком з м"якого металу або рукояткою молотка здійснюється з метою виявлення тріщин, про наявність яких свідчить деренчливий звук.

Гасова проба – здійснюється з метою виявлення тріщин та її кінців. Деталь або занурюють на 15-20 хв. до гасу, або гасом змащують передбачуване дефектне місце, ретельно потім протирають і покривають крейдою. Гас, що виступає з тріщин, зволожує крейду і чітко виявляє межі тріщин.

Виміри – за допомогою вимірювальних інструментів і засобів дозволяють визначити величину спрацювання і зазорів в сполучуваних деталях, відхилення від заданих розмірів, похибки форми і розташування поверхонь.

При перевірці твердості – поверхні деталі визначають зміни, які виникли в процесі її експлуатації.

Гідравлічне (пневматичне) – випробування служить для виявлення тріщин і раковин у корпусних деталях. З цією метою в корпусі заглушують всі отвори, крім одного через який нагнітають рідину під тиском 0,2-0,3 МПа (тіч або запотівання стінок засвідчує наявність тріщин. Можно також нагнітати повітря в корпус, занурений у воду ( поява бульбашок повітря свідчить про наявність нещільності).

Магнітний спосіб – заснований на зміні значення і напрямку магнітного потоку, який проходить через деталь, у місцях з дефектами. Ця зміна визначається нанесенням на випробувану деталь сухого чи завислого в гасові (трансформаторне мастилі) феромагнітного порошка : порошок осідає по кромці тріщин. Спосіб використовується для виявлення прихованих тріщин і раковин у сталевих та чавуних деталях за допомогою стаціонарних і переносних магнітних дефектоскопів.

При дефектуванні важливо знати й уміти призначити граничне спрацювання для різноманітних деталей устаткування, а також допустимі граничні розміри (наприклад, допустиме зменьшення діаметра різьби ходових гвинтів – 8%).

Перевірені деталі сортирують на три групи :

придатні для подальшої експлуатації

ті, що вимагають ремонту або відновлення

непридатні, які підлягають заміні

Ремонту та відновленню підлягають звичайно трудомісткі й дорогі у виготовленні деталі. Ремонтована деталь повинна бути наділена запасом міцності, який дозволяє відновлювати або змінювати розміри сполучуваних поверхонь ( за системою ремонтних розмірів), не знижуючи (а в ряді випадків підвищуючи) їхньої довговічності, зберігаючи чи покращуючи експлутаційні якості складальної одиниці (деталі). Деталі підлягають заміні, якщо зменшення їхніх розмірів в результаті спрацювання порушує нормальну роботу механізму, або викликає подальше інтенсивне спрацювання, яке приводить до вихроду механізму з ладу. При ремонті устаткування замінюють деталі з граничним спрацюванням, а також зі спрацюванням менше допустимого, якщо вони за підрахунками не витримують строку експлуатації до чергового ремонту. Строк служби деталей визначають з урахуванням граничного спрацювання у фактичних умовах експлуатації.

Деталі. які підлягають заміні, зберігаються до завершення ремонту механізму, бо вони можуть знадобитися для складання креслень або виготовлення зразків нових деталей.

3.2. Ремонт деталей механізмів.

3.2.1. Ремонт деталей реечного механізму.

Деталі роеечного механізму, що надходять у ремонт, можуть мати такі дефекти : спрацювання зубів по робочому профілю, один або декілька зламаних зубів, одну або декілька тріщин у вінці, спиці або ступиці, жмакання поверхонь отвору або шпоночної канавки в ступиці, зминання шліців і заокруглень торців зубів.

Деталі механізму зі спрацьованими зубами, як правило, не відновлюють, а замінюють новими. Однак для невеликих ремонтних підприємств, неоснащених необхідним устаткуванням для виготовлення нових коліс, рекомендуються описані нижче способи ремонту зубчастих коліс великого діаметра із великим модулем.

Колеса зі спрацьованням зубів по товщині, яке не виходить за межі допустимого, можна залишити в механізмі, бо вони не погрішують його роботу. циліндричне колесо з однобоким спрацюванням зубів 2 у правого торця (мал. 8) можна відремонтувати так : у колеса підрізати частину 3 , а з іншого боку приварити кільце 1, яке точно відповідає вилученій частині 3 ; потім кільце встановити так, щоб у перемиканні брала участь ліва (неспрацьована) частина зубів.

Деталі зі зламаним або викривленим зубом не можна залишати в механізмі – це може призвести до поламання зубів сполученої рейки й аварії складальної одиниці. Таку деталь у відповідальних передачах необхідно замінити придатним. У менш відповідальних тихохідних передачах пошкодженні зуби економічно вигідно відновлювати. Зубчасті колеса та рейки можна ремонтувати наплавленням спрацьованих зубів, встановленням зубчастих вкладишів, які закріплюють гвинтами або зварюванням (мал. 9), або вкрутнів тощо.

Обробка наплавлених зубів досить складна. Для її полегшення зуби коліс середніх і великих модулів наплавляють за

допомогою пари мідних шаблонів 6 (мал. 10), які маючи форму западин між зубами, утворюють бокові поверхні зуба. Перед наплавленням мідні шаблони з"єднують між собою планками 5 і прикріплюють до вінця колеса планками 7. Планки 7 можна замінити струбцинами або будь-яким іншим пристроєм. У зв"язку з тим, що метал, який наплавляється, не приварюеться до шаблонів внаслідок високої теплопровідності міді, шаблони легко виймаються. Після наплавлення колесу дають повільно прохолонути, зариваючи в гарячий пісок все колесо або ту його частину, де наплавлено зуб. Відновлення зубів наплавленням доцільне лише в тому випадку, коли інші способи застосувати неможливо.

Спрацьовані деталі, ремонт яких визнано недоцільним, необхідно замінювати новими парами, навіть в тих випадках, коли одна деталь в парі, що замінюється, спрацювання не має. Це пояснюється тим, що заміна обох деталей кожної пари, як правило, виготовляється одним і тим самим інструментом на одному і тому ж верстаті ; використання нової деталі в сполученні зі старою, небажане, бо зуби нової деталі не забеспечують нормального контакту з зубами, що вже приробилися, що виявляється по появі підвищеного шуму при роботі механізму. Крім того, необхідно також переконатися в тому, що на посадочних поверхнях немає задирів, вм"ятин та інших пошкоджень, які перешкоджають нормальній посадці колеса на вал або інші деталі. Якщо такі пошкодження є, їх обов"язково усувають розточуванням посадочного отвору і встановленням перехідної втулки, а при незначному спрацюванні – зачищенням отвору наждачним папером.

3.2.2. Ремонт деталей механізму гвинт-гайка.

Передача гвинт-гайка у відповідності з призначенням складається з двох головних деталей : гвинт 1 і гайка 2 (мал. 5).

а) ремонт гвинтів.

У ходових гвинтах, які мають трапецеїдальну або прямокутну різьбу, після тривалої роботи спрацьовуються різьбові опорні циліндричні поверхні. Спрацьовані ходові гвинти з трапецеїдальною різьбою ремонтують, а гвинти з прямокутною різьбою замінюють новими. Зігнуті гвинти правлять, рихтують за допомогою хомутиків, стяжок, важелів та іншими способами ; при правленні гвинт встановлюють у чентрі й визначають місця його найбільшого биття. Несправні центрові гнізда гвинта відновлюють на токарних верстатах, підрізуючи його торці.

Спрацьовану трапецеїдальну різьбу ходових гвинтів ремонтують, якщо її спрацювання не перевищує 10% початкової товщини витка. Ремонт виконують, вивіряючи і проточуючи або шліфуючи гвинт (мал. 11, а,б) по зовнішньому діаметру різьби так, щоб ширина витка після заглиблення канавки ( і ліквідації спрацювання) була нормальною ( на малунку показана штриховою лінією), тобто відповідала по ширині початковому розміру.

Спрацьовані шийки гвинта ремонтують шліфуванням, а сполучувані з ними втулки замінюють новими. Якщо можливо за умовами експлуатації, спрацьовані шийки гвинта проточують і на невеликій довжині, можна повернути на 180 і здійснити прицьому відповідне проточування шийок, а при необхідності встановити перехідні втулки.

Відремонтований ходовий гвинт необхідно перевірити на точність кроку спеціальним пристроєм (мал. 12). Для контролю пристрій встановлюють на гвинт призмами 1 і 4 і розташовують кульові наконечники (змінні). Закріплені на ніжках так, щоб вони помістилися між витками різьби гвинта 6 на відстані 8-10 її кроків ; це положення фіксують індикатором 3. Потім пристрій перевстановлюють на різні дільниці різьби гвинта і читають показники індикатора (при неправильному кроці гвинта ніжка, що коливається, з наконечником 5 нахилиться на величину, яку покаже індикатор).

б) ремонт гайок.

Гайки гвинтів супортів зі спрацьованою різьбою замінюють новими. Металомісткісткі й складні гайки ходових гвитнів звичайно відновлюють, розточуючи в них отвори і встановлюючи компенсатор спрацювання, який являє собою втулку, зовнішній діаметр якої виконаний зі щільним посадженням по розточеному отвору гайки і внутрішнім різьбовим отвором по відновленій різьбі ходового гвинта. Розточування виконують з попередньою розміткою з метою центр\ування осі різьби гайки з осями отворів, в яких встановлено гвинт.

У простіших випадках розмітку виконують кернером 1 (мал. 13) , пропущеним через отвір каретки 3 супорта : некернюють центр на торці гайки 2 і з нього проводять циркулем коло діаметром, дещо більшим, ніж зовнішній діаметр різьби гвинта. Потім по всій довжині гайки виконують розмітку двох поздовжніх рисок - бокової 8 і верхньої 7 (мал. 14), які слугуватимуть базою при встановленні гайки на верстаті для розточування і нарізування різьби. Для розмітки як базу використовують напрямні полозок : при нанесенні риски 8 базою служить поверхня 5, а риски 7 - поверхні 5 і 6. Розмітку виконують рейсмусом 9 зі спеціальною підставкою 4.

Після проведення цих робіт можна з певною точністю встановити гайку на верстаті для розточування в ній отвору і нарізування різьби. За круговою рискою на торці гайки здійснюють точне встановлення в горизонтальному та вертикальному положеннях ; після цього отвір розточують і нарізають на ньому різьбу. Положення нарізаного в гайці отвору по висоті і паралельність його осі базовим поверхням буде в точності відповідати положенню сполучуваного з гайкою гвинта, забезпечуючи їхню соосність.

Точність розташування в гайці різьбового отвору перевіряють перед монтажем складальної одиниці за двома нанесеними на гайку поздовженіми рисками. Для цього гайку 11 нагвинчують на гвинт 10 і встановлюють разом з ним дві однакові за висотою призми 13, розташовані на контрольній плиті 12 (мал. 15) ; при цьому гайку повертають на гвинт так, щоб бокова і верхня риски розташувалися одна за одною в горизонтальній площині. Проводячи вістрям реймуса 14 по рисках, контролюють паралельність їм осі отвору. Після цього встановлюють вістря реймуса у верхній точці кругової риски А і провертають гайку разом з гвинтом вручну : якщо вістря реймуса не окреслює коло, яке точно збігається з колом, накресленим на торці гайки, це означає, що гайка нарізана неправильно. Застосування розмітки скорочує трудомісткість складання гвинтової пари, бо відпадає необхаднасть у припасуванні гайки по місцю і підвищує її якість.

3.2.3. Ремонт деталей кулісного механізму.

У кулісному механізмі спрацьовуються куліса, кулісний камінь, повзун з пальцем, гвинт і гайка переміщення повзуна, кулісне зубчасте колесо. В кулісі спрацьовуються поверхні паза, в якому переміщується кулісний камінь, і отвори, якими куліса з"єднується з сергами. В кулісного камня спрацьовання зазнають поверхні, які ковзають у пазу куліси, й отвір під вісь повзушки, а у повзуна - поверхня основи, бокові похилі поверхні, а також вісь. У кулісного зубчастого колеса спрацьовуються напрямні на його торці.

Поверхні паза куліси при їхньому спрацюванні більше 0,3 мм і наявність на них глибоких задирів ремонтують фрезеруванням з наступним з наступним шабруванням ; при меньшому спрацюванні обмежуються одним шабруванням. При шабруванні зафарбовують одну зі стінок паза, використовуючи прицьому контрольну лінійку, і знімають метал за відбитками фарби, здійснюючи контроль за індикатором. Для цього в неспрацьовані отвори куліси встановлюють контрольні оправки, кінці яких повинні виступати з отворів на 150-200 мм. Кулісу з оправками встановлюють боком на перевірочну плиту так, щоб кінці кожної оправки спиралися на дві кінцеві міри довжини. Потім на плиту ставлять стійку з індикатором, підводячи його стержень для вимірювання переміщувався по ширині паза, досягаючи її паралельності першій з допустимими відхиленнями не більш 0,03 мм ; перевірку на паралельність здійснюють кінцевими мірами довжини.

При спрацюванні в куліси отворів під серги спочатку ремонтують стінки паза, орієнтуючись за найменш спрацьованними дільницями на їхніх кінцях, а потім розточують отвори для встановлення у них втулок. Якщо це пов"язано зі зняттям значного шару металу, який загрожує послабити кулісу, то знімають у отворах мінімальний шар металу, а кулісу з"єднують з сергами за допомогою осей збільшеного діаметра.

При обробці отворів куліси необхідно досягати паралельності їхніх осей між собою, а також їхньої паралельності стінкам паза (допустиме відхилення 0,04 мм на довжині 300 мм, виміряній по вставленій в отвір оправці).

Спрацьований кулісний камінь звичайно змінюють новим, який припасовують шліфуванням або шабруванням по пазу куліси (камінь повинен переміщуватися по всій довжині паза без заїдань). Отвір каменя, який не має втулки, виконують по відремонтованій осі повзуна, а при його наявності - під нову втулку. В камені проточують також мастильні канавки.

Напрямні на торці кулісного зубчастого колеса (поверхні1 і 5 на мал. 16.) ремонтують шабруванням за кутовою лінійкою і повзуном (віл\дремонтованим або виготовленим заново). Поверхню 1 обов"язково перевіряють індикатором на паралельність торцю кулісного зубчастого колеса 3, переміщуючи стійку 4 з індикатором 5 по перевірочній плиті поверхню основи повзуна, перевіряючи періодично контрольним косинцем перпендикулярність осі 7 основі повзуна 6 у двох взаємно перпендикулярних напрямках - поздовжньому і поперечному. Косинець встановлюють на точній плоско-паралельній плитці 9. Між косинцем і віссю повинен бути рівномірний просвіт. При подальшому шабруванні бокових похилих поверхонь повзуна досягають взаємопаралельності їхніх твірних з допуском 0,02 мм по всій довжині поверхонь. Відремонтований повзун сполучають з постійною напрямною куліси і клином, який у більшості випадків виготовляють заново.

Повзун повинен переміщуватися по напрямних кулісного колеса без коливання.

2.2.4. Ремонт деталей кулачкового механізму.

В кулачковому механізмі в залежності від його типу спрацьовуються торцева канавка 13, ролик 14 та повзун 15 (мал. 2) або канавка в кулачоку 2, ролик 3 та повзун (мал. 2-а). Спрацювання деталей кулісного механізму відбувається під впливом сил тертя.

В плоских (мал. 2) кулачкових механізмах строк експлуатації деталей достатньо великий. Виготовлення деталей 12, 14,15 не потребує великих грошових витрат, і тому у випадку спрацювання будь-якої деталі механізму її просто замінюють на нову, або замінюють пару кулачок-ролик.

В просторових (мал. 2-а) кулачкових механізмах ремонт кулачка доцільний тільки в тому випадку, коли кулачок має складну форму канавки. В такому випадку, якщо спрацьовується канавка на кулачку, її розточують на фрезерувальному верстаті з подальшим шабруванням. І в залежності від того на скільки розширено канавку, встановлюють належного діаметру ролик. Але і в просторовому механізмі в разі спрацювання тільки ролика його замінюють новим.

У повзуна спрацьовується поверхня основи, бокові похилі певерхні. Ремонт поверхонь повзуна виконують шабруванням.

Якщо казати взагалі, то при ремонті кулачкових механізмів ремонт деталей економічно невиправданий, і тому в більшості випадків спрацьовані деталі замінюють новими.

3.2.5. Ремонт деталей ексцентрикового механізму.

Ексцентриковий механізм за своєю конструкцією дуже схожий на плоский кулачковий механізм. В механізмі від впливом сил тертя спрацьовуються ексцентрик 7 і ролик 9 (мал. 1). В разі спрацювання цих деталей, їх ремонт майже не використовують. В разі порушення точності роботи механізму замінюють ролик 9 або ексцентрик 7, або усю пару.

В раза заміни ексцентрика необхідно, також, переконатися в тому, що на посадочних поверхнях немає задирів, вм"ятин та інших пошкоджень, які перешкоджають нормальній посадці колеса на вал або інші деталі. Якщо такі пошкодження є, їх обов"язково усувають розточуванням посадочного отвору і встановленням перехідної втулки, а при незначному спрацюванні – зачищенням отвору наждачним папером.

3.2.6. Ремонт деталей храпового механізму.

Основні деталі які спрацьовуються в храповому механізмі є храповик 6 і собачка 5 (мал. 4)

Храповик можна розглядати як зубчасте колесо зі скошеними в один бік зубами. Тому для його ремонту можна використовувати всі методи ремонту звичайного зубчастого колеса, описані в п. 3.2.1. Ремонт собачки виправдовується лише в разі виникнення дефекту, який називається зализування. В усіх інших випадках собачку доцільніше замінювати на нову. В разі зализування зубів храповика їх перезаточують на на поперечно-стугальних верстатах. В разі виникнення важких дефектів доцільніше пошкодженні деталі храпового механізму замінювати на нові.