Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» КАФЕДРА – Деталей машин УТВЕРЖДАЮ Проректор университета _______________Ребрин О.И. “____”_______________2007 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Детали машин Рекомендована Методическим Советом ГОУ ВПО УГТУ -УПИ для специальностей и направлений подготовки: Укрупненная группа по ОКСО Код Наименование 220300 Автоматизированные технологии и производства 210100 Электроника и микроэлектроника Направление, специальность Квалификация Код Наименование Код Наименование 220301 Автоматизация 65 Инженер технологических процессов и производств 210107 Электронное 65 Инженер машиностроение Екатеринбург 2007 Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (регистрационный номер 746 тех/сп от 19.12.2005г.) для направления 220300 – «Автоматизированные технологии и производства» и учебным планом специальности 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств»;и в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (регистрационный номер 737 тех/сп от 18.01. 2006 г.) для направления 210100 – «Электроника и микроэлектроника»- и учебным планом специальности 210107 – «Электронное машиностроение». Рабочая программа составлена автором: Фамилия 1 Вешкурцев Имя Владимир Отчество Иванович Уч. звание доцент Уч. степень к.т.н. Должность доцент Кафедра "Детали машин" Рабочая программа одобрена на заседании кафедр: 1 2 Наименование кафедры Дата заседания Детали машин Электрон.маш . . .2007 г. . . .2007 г. Номер протокола Решение кафедры ФИО зав.каф. Утвердить Утвердить Зиомковский В.М. Тихонов И.Н. Подпись Рабочая программа одобрена на заседании методической комиссии Механикомашиностроительного факультета “____”_________2007 г., протокол №____. Председатель методической комиссии Денисов Ю.В. АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Дисциплина «Детали машин» относится к федеральному компоненту обще – профессионального цикла. Дисциплина посвящена изучению основных методов расчета деталей и узлов механизмов на прочность и выносливость на базе наиболее распространенных типов передач и соединений. Рассматриваются методы проектирования и расчета деталей машин общего назначения. 2 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Цель изучения дисциплины – заложить основу общетехнической подготовки студента, необходимую для последующего изучения специальных инженерных дисциплин, а также дать знания и навыки по основным принципам конструирования и расчета деталей и узлов механизмов машин общего назначения и подготовки будущих специалистов грамотной эксплуатации и обслуживанию машин. Задачей изучения дисциплины является формирование представлений об общих методах расчета и проектирования деталей машин, приобретение первичных навыков практического проектирования и конструирования и обеспечения надежности и долговечности объекта проектирования. 2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате изучения дисциплины студенты должны: 2.1 Знать – общие методические приемы и последовательность действий при расчетах и конструировании; – принципы действия, устройство, критерии работоспособности и расчета передач, соединений, валов, подшипников, муфт. 2.2 Уметь – пользоваться справочной литературой и стандартами; – проектировать и конструировать типовые элементы машин и оценивать их прочность и жесткость; 2.3 Владеть – навыками использования справочной литературы и стандартов; – методами выбора аналогов и прототипа конструкций при проектировании; – правилами оформления проектной и конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД. 3 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ 3.1 Система учета трудоемкости в академических часах Виды учебной работы по дисциплине и формы итогового контроля знаний, с разбивкой объема работы по часам и семестрам для существующих форм обучения для данной профессиональной образовательной программы (ПрОП) приведены в таблице 3.1. 3 Таблица 3.1 – Трудоемкость дисциплины в академических часах (по формам обучения и технологиям обучения) специальности 210107 - – «Электронное машиностроение» Форма обучения ОЧНАЯ Виды учебной работы, Учебные семестры Часы формы контроля N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 Общая трудоемкость по учебному плану ПрОП 150 85 65 Аудиторные занятия 85 0 0 0 0 85 17 0 0 Лекции (Л) 68 68 Практические занятия (ПЗ) 17 17 Лабораторные работы (ЛР) 0 Самостоятельная работа студентов (СРС) 65 0 0 0 0 0 65 0 0 кол-во конт. меропр 0 0 0 0 0 0 0 0 0 объем, час 54 0 0 0 0 20 34 0 0 Курсовой проект (КП) 34 1 Курсовая работа (КР) 0 Расчетно-граф. работа (РГР) 20 1 Расчетная работа (РР) 0 Контрольная работа (КР) 0 Домашняя работа (ДР) 0 Реферат 0 Коллоквиум 0 Подготовка к ауд. занятиям 27 0 0 0 0 20 7 0 0 Другие виды СРС 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Вид итогового контроля, кол-во 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 З Зачет (З) 1 Э Экзамен (Э) 0 Зачет дифференцир. (ЗД) 0 Зкзамен по нак. принц. (ЭН) 0 Государствен. экзамен (ГЭ) Примечание.Трудоемкость дисциплины специальности 220301 –«Автоматизация технологических процессов и производств» по учебному плану ПрОП составляет 190 часов и отличается только объёмом самостоятельной работы студентов в 105 часов, что обуславливает более сложное задание курсового проектирвания, п. 7.4. 4 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Содержание дисциплины определяется как требованиями к обязательному минимуму содержания (по ГОС) так и квалификационными требованиями ГОС. 4.1 Разделы дисциплины и виды занятий Перечень разделов дисциплины с указанием трудоемкости их освоения, в академических часах, по видам учебной работы с учетом существующих форм освоения приведен в таблице 4.1. 4 Таблица 4.1 – Перечень разделов дисциплины с указанием трудоемкости их освоения Форма обучения - ОЧНАЯ Форма обучения Разделы дисциплины Подготовка к ауд. занятиям Контрольная работа (КР) Расчетно-граф. работа (РГР) 3 14 13 7 6 1 4 Расчет цил. передач 4 15 10 10 5 5 Конические передачи 5 6 5 4 1 1 1,6 6 Червячные передачи 6 8 7 6 1 1 2,2 7 Передачи с гибкой связью 7 11 11 7 4 8 Оси, валы 8 6 5 4 1 9 Опоры. Конструкции опор 9 12 8 10 Муфты для соединения валов 10 2 2 11 Соединения деталей машин 11 10 10 12 Проект. корпусных деталей 12 2 2 13 Курсовой проект 34 0 4.2 Содержание разделов дисциплины Другие виды СРС 3 Цилиндрические передачи Коллоквиум 6 6 Реферат 6 Домашняя работа (ДР) 2 Расчетная работа (РР) 2 Критерии раб-сти Курсовая работа (КР) 4 4 Лабораторные работы 4 Практические занятия 1 Наименование раздела Лекции Общая трудоемкость раздела, час 1 Введение Номер раздела Номер модуля, Самостоятельная работа студентов Курсовой проект (КП) Трудоемкость освоения раздела дисциплины, час Аудиторные занятия по данному разделу, час Таблица 4.1. 1,2 6 2 2 8 2 4,5 3,7 1 1,6 2 2,6 0,6 3,2 2 34 1 0 Содержание дисциплины структурировано по разделам и темам. Ниже приведен перечень разделов и тем каждого раздела, трудоемкость освоения каждого раздела показана в таблице 4.1. 5 4.2.1 Введение Краткая характеристика дисциплины, её цели, задачи объём, содержание, порядок изучения материала, связь с другими дисциплинами. Формы контроля самостоятельной работы студентов. Характеристика учебной литературы. Модель расчета детали. 4.2.2 Основы выбора критериев работоспособности и расчета деталей Основные принципы расчета и конструирования машин. Классификация деталей машин. Методика расчета деталей, расчетная схема, напряжения, расчетная нагрузка. Основные критерии работоспособности и расчета деталей и элементов электронной техники. Расчет допускаемые напряжения для деталей, работающих в стационарных и нестационарных режимах нагружения. Прочность при переменных напряжениях. Циклы переменных напряжений, усталость материалов. Кривая усталости, предел выносливости. 4.2.3 Цилиндрические передачи Физические основы современных методов расчета зубчатых передач на прочность и выносливость. Цилиндрические зубчатые передачи. Параметры цилиндрических прямозубых передач. Материалы. Силы в прямозубых передачах. Формулы, правило определения направления сил. Образование эвольвентного профиля зуба. Параметры косозубых цилиндрических передач. Силы в косозубых цилиндрических передачах. Влияние сил на расчет валов и расчет подшипников качения. 4.2.4 Расчет цилиндрических зубчатых передач Основы теории расчета передач на прочность и выносливость. Задача Герца о сжатии двух цилиндров. Недостатки применения формул задачи Герца. Модель расчета зубчатой передачи. Проектный и проверочный расчеты на прочность и выносливость по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. Постановка задачи, учёт отличий в контакте зубьев от контакта цилиндров. Анализ расчетных формул. Расчетная нагрузка в деталях машин и расчетный крутящий момент при расчете передач. Учёт реальных условий нагружения. Особенности расчета допускаемых напряжений для расчета закрытых зубчатых передач. 4.2.5 Конические передачи Основные параметры передач. Схема. Расчетные параметры. Силы в прямозубых и косозубых конических передачах. Основы расчета на прочность и выносливость. 4.2.6 Червячные передачи. Виды червячных передач. Параметры, кпд, материалы. Расчет червячных передач на прочность и выносливость по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. Силы в червячных передачах. Тепловой расчет. Расчет вала червяка на прочность и жесткость. Особенности винтовых и гипоидных передач. 4.2.7 Передачи гибкой связью Ременные передачи. Геометрия, параметры, типы и материалы ремней. Расчет ременных передач. Теория работы ременной передачи. Натяжения и напряжения в ветвях ремня. Комплексный расчет ременных передач на выносливость и тяговую способность. Силы, действующие на валы. Особенности проектирования плоских, клиновых и передач с натяжным роликом. Цепные передачи. Классификация и конструкции приводных цепей и звездочек. Область применения. Критерии работоспособности и расчет цепной передачи. Условие триботехнической надежности. Колебание передаточного отношения и динамические нагрузки. Нагрузка на валы. 6 4.2.8 Оси. Валы Классификация валов и осей. Конструкции валов с применением экономичных способов получения заготовок. Ориентировочный (предварительный) и уточненный расчеты валов. Расчет на жесткость, допускаемые прогибы и углы наклона упругой линии. Применение гладких валов в приборных конструкциях. 4.2.9 Опоры. Конструкции опор. Опоры валов (подшипники). Опоры скольжения и качения. Типы подшипников, порядок выбора и расчет по номинальной долговечности. Опоры в приборах. 4.2.10 Муфты для соединения валов Классификация муфт. Нерасцепляемые муфты и сцепные управляемые муфты. Область применения и использование в электоронном машиностроении. и устройство муфт. 4.2.11 Соединения деталей машин Общая характеристика и назначение соединений. Резьбовые соединения. Основные параметры, обозначения классификация. Расчет болтовых соединений при совместном действии силы затяжки и внешней переменной нагрузки. Обеспечение плотности стыка в вакуумных устройствах и прочности резьбовых соединений. Шпоночные, штифтовые и шлицевые соединения. Применение в узлах машин и приборов. Расчет и конструирование ненапряженных шпоночных соединений. Расчет и способы центрирования шлицевых соединений. Сварные соединения. Типы сварных соединений и виды сварных швов. Обозначение на чертежах. Расчеты на прочность. 4.2.12 Проектирование корпусных деталей Литые и сварные корпуса. Радиальная и осевая сборки. Элементы корпуса для смазочных устройств. Приливы под обработку и элементы транспортировки. 5 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 5.1 Рекомендуемая литература 5.1.1 Основная литература 1. Детали машин : учебник для вузов / Л.А. Андриенко [и др.]; под ред. О.А. Ряховского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин/ П.Ф. Дунаев. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 496 с. 3. Баранов Г.Л. Расчет деталей машин: учебное пособие /Г.Л.Баранов. Екатеринбург: ИВТОБ УГТУ – УПИ, 2007.220 с. 5.1.2 Дополнительная литература 1. Расчет зубчатых передач: методические указания по курсам «Детали машин» и «Механика»./ Г.И. Казанский [и др.]. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2002. 36 с. 2.Пример расчета цилиндрической зубчатой передачи: методические указания по курсам «Детали машин» и «Механика»/ Л.П. Вязкова [и др.] Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2002. 12 с. 3. Иванов М.Н. Детали машин/ М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. М.: Высш. школа, 2003.408 с. 4. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин/ А.Е. Шейнблит. М.: Янтарный 7 сказ, 2004, 455 с. 5.1.3 Методические разработки кафедры 1 Баранов Г.Л. Расчет зубчатых цилиндрических передач/ Г.Л.Баранов. Екатеринбург: УГТУ, 2005. 31 с. 2 Баранов Г.Л. Расчет ременных и цепных передач/ Г.Л.Баранов. Екатеринбург: УГТУ, 2005. 29 с. 3 Баранов Г.Л. Расчет валов, подшипников и муфт/ Г.Л.Баранов. Екатеринбург: УГТУ, 2005. 46 с. 4 Баранов Г.Л. Расчет деталей машин: учебное пособие / Г.Л. Баранов. Екатеринбург: ИВТОБ УГТУ-УПИ, 2005. 170 с. 5 Вешкурцев В.И. Посадки основных деталей редукторов: учебное электронное текстовое издание / В.И. Вешкурцев, Л.П. Вязкова, Л.В. Мальцев. Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Режим доступа: http://www.ustu.ru 5.2 Средства обеспечения освоения дисциплины 5.2.1 Перечень средств обеспечения В процессе изучения дисциплины используются: раздаточный материал для изучения лекционного материала; учебный материал в электронном виде; контрольные программы по курсу для подготовки к сдаче семестровой аттестации и экзамена. 5.2.2 Программно-информационное обеспечение дисциплины Пакет прикладных программ «АРМКОН-У», включающий в себя программы расчета: балок и стержней на прочность, жесткость; механических передач (зубчатых, ременных и цепных); подшипников качения; валов на усталостную прочность; резьбовых соединений. Программа автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и элементов металлоконструкций. 6 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 6.1 Общие требования Лекционный материал изучается в специализированной аудитории М-422, оснащенной современным компьютером с подключенным к нему цветным сканером и цветным принтером; проектором с видеотерминала персонального компьютера на настенный экран. Лабораторные работы выполняться в специализированных классах БЧЗ, оснащенных современными персональными компьютерами и программным обеспечением, в соответствии с тематикой изучаемого материала; число рабочих мест в классах обеспечивает индивидуальную работу студентов на отдельном 8 персональном компьютере; цветными сканером и принтером. 6.2 Сведения об оснащенности дисциплины специализированным и лабораторным оборудованием При выполнении лабораторных работ, перечень которых приведен в таблице 5.1, используется современное специализированное лабораторное оборудования с компьютерной обработкой экспериментальной информации. 7 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В настоящем разделе приведены методические рекомендации для преподавателей, студентов. Кроме того, показана тематика самостоятельной работы студентов (СРС), предусмотренная данной рабочей программой дисциплины (см. таблицу 3.1). 7.1 Рекомендации для преподавателя глубокое освоение теоретических аспектов тематики курса, ознакомление, переработку литературных источников; составление списка литературы, обязательной для изучения и дополнительной литературы; проведение собственных исследований в этой области; разработку методики изложения курса: структуры и последовательности изложения материала; составление тестовых заданий, контрольных вопросов; разработку методики проведения и совершенствование тематики лабораторных работ; использование в лабораторном практикуме реальных данных и получение имеющих практический смысл для издательского дела и редактирования результатов; разработка методики самостоятельной работы студентов; постоянную корректировку структуры, содержания курса. 7.2 Рекомендации для студента обязательное посещение лекций ведущего преподавателя; лекции – основное методическое руководство при изучении дисциплины, наиболее оптимальным образом структурированное и скорректированное на современный материал; в лекции глубоко и подробно, аргументировано и методологически строго рассматриваются главные проблемы темы; в лекции даются необходимые разные подходы к исследуемым проблемам; подготовку и активную работу на лабораторных занятиях; подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы. 7.3 Перечень тем практических занятий Выбор материалов. Расчет допускаемых напряжений при статических напряжениях и при ее циклическом изменении напряжений. 9 Цилиндрические зубчатые передачи. Расчет на контактную прочность и на прочность при изгибе. Расчет на прочность зубчатых передач при действии пиковой нагрузки. Конические зубчатые передачи. Расчет на контактную прочность и на прочность при изгибе. Червячные передачи. Расчет на контактную прочность и на прочность при изгибе. Тепловой расчет. Расчет червяка на прочность и жесткость. Расчет ременных передач. Силы в ременной передаче. Расчет цепных передач. Силы в цепной передаче. Расчет валов. Прочность при переменных напряжениях. Циклы переменных напряжений, усталость материалов. Условие прочности при действии переменных нагрузок. Подшипники качения. Подбор подшипников качения. Расчет долговечности Резьбовые соединения. Основные случаи расчета резьбовых соединений. Сварные соединения. Основные случаи расчета сварных соединений. 7.4 Тематика курсового проектирования Проектирование привода технологической машины с разработкой сборочного чертежа редуктора со спецификацией и рабочих чертежей типовых деталей редуктора (тихоходного вала, зубчатого цилиндрического колеса и крышки подшипникового узла). Сборочный чертеж выполняется на форматах А1, рабочие чертежи деталей – на форматах А4 – А2. Результаты расчетов оформляются в виде пояснительной записки в объёме 20 – 25 стр. Рекомендовать для специальности 210107 – «Электронное машиностроение» темы: одно ступенчатые редуктора в сочетании с передачами гибкой связью; для специальности 220301 – “ Автоматизация технологических процессов и производств” производств” темы: коническо – цилиндрические редуктора, цилиндрические различного исполнения и т.д. двухступенчатые редуктора. Основание – различное число часов самостоятельной работы студентов. 7.5 Перечень тем расчетно-графических работ Проектирование элементов привода технологической машины 7.6 Перечень контрольных вопросов для подготовки к итоговой аттестации по дисциплине 1.Основное определение машины. Две основные задачи, решаемые в курсе ДМ (проектный и проверочный расчеты). 2.Расчет основных параметров привода. 3.Основные параметры цилиндрических зубчатых передач и их выбор. 10 4.Передачи цилиндрическими колесами с косым зубом. Основные отличия в геометрии и расчете от передач с прямым зубом. 5.Виды разрушения зубьев в закрытых зубчатых передах. Выкрашивание, поломка и характер действия этих напряжений. 6.Задача Герца по определению контактных напряжений. Обоснование ее использования для расчетов в зубчатых передах и недостатки. 7.Расчетная модель для определения контактных напряжений в зубчатых передачах. Цель использования модели. 8.Расчет зубчатых передач на выносливость по напряжениям изгиба. Модель расчета. Вывод формул. 9.Порядок расчета закрытой зубчатой передачи с косым зубом. 10.Конические передачи. Основные параметры, геометрические соотношения, преимущества и недостатки. 11.Силы в цилиндрических передачах (прямозубые и косозубые). Схема действия сил, формулы. 12.Силы в прямозубых конических передачах. Схема действия сил, формулы. 13.Методика определения расчетной нагрузки в расчетах зубчатой передачи на выносливость. Физический смысл коэффициента концентрации нагрузки. 14.Основы получения геометрических зависимостей для расчета передач. цилиндрическими колесами с косым зубом (на основе замещающего колеса). 15.Определение допускаемых напряжений (контактных и изгиба) в расчетах зубчатых передач. Особенности в выборе материалов при проектировании шестерен и колес. 16.Червячные передачи. Параметры. (Условия образования масляного клина). 17.К.П.Д. наклонной плоскости и использование этой зависимости в расчете червячной передачи. 18.Силы в червячной передаче. Проверка червяка па прочность и жесткость 19.Расчет валов. Обоснование ориентировочного (предварительного) расчета вала. 20.Уточненный расчет вала. Физический смысл коэффициента запаса. Влияние размеров валов и шероховатости поверхности на расчет коэффициента запаса прочности. 21.Ременные передачи. Соотношение сил в ведущей и ведомой ветвях ремня (формула Эйлера). Виды ременных передач, материалы ремней и требования к ним (самостоятельная подготовка). 22.Экспериментальное определение коэффициента тяги и его влияние на расчет ременных передач т.е. как используется φ в расчете допускаемых напряжнгий. 23.Напряжения в ветвях ремня (от изгиба, от действия центробежных сил, начального натяжения) 24.Влияние эффективного числа циклов нагружения на долговечность ременных передач и определение допускаемого полезного напряжения. 25.Цепные передачи. Параметры, область применения. Условие триботехнической надежности и его использование при расчете шага цепи. 26.Подшипники качения. Типы, классификация, обозначение. 27.Порядок расчета подшипников качения. 11 Правило по определению осевого нагружения подшипников, формулы по расчету осевого нагружения. 28.Шпоночные и шлицевые соединения. Виды, напряжения в призматической шпонке, расчет шпонки. 29. Умение решать задачи: по определению Р, Т, n на валах привода, определение осевого нагружения подшипника, расчет сил в передачах, определение реакций в опорах для простых схем, по применению формулы Эйлера для определения напряжений в канате. применение формулы Герца для определения напряжений в кольцах подшипника. 7.11 Перечень ключевых слов дисциплины Таблица 7.1 – Ключевые слова разделов Наименование раздела 1 Введение Основы выбора критериев работоспособности и расчета 2 деталей 3 Цилиндрические передачи Расчет цилиндрических зубчатых 4 передач 5 Конические передачи 6 Червячные передачи 7 8 9 10 11 Передачи с гибкой связью Оси. Валы Опоры. Конструкции опор Муфты для соединения валов Соединения деталей машин 12 Проектирование корпусных деталей Номер модуля, в который включен данный раздел Номер раздела Разделы дисциплины и их ключевые слова Ключевые слова раздела Модель, проетный расчет, проверочный расчет. Расчетная счема.Критерий прочности.Условие прочности.Допускаемое напряжение. Выкрашивание.Поломка.Модуль. Контактные нарпяжения.Радиус кривизны.Основной расчетный параметр.Условие контактной прочности. Наружный делительный диаметр колеса.Окружная, осевая и радиальная силы. Расчетный параметр.Коэффициент диаметра червяка.Окружная сила на колесе.Осевое усилиена червяке. Передаточное число.Скольжение в ремне.Максимальное напряжение в ремне.Тяговая способность ремня.Условие триботехнической надежности.Расчетный пареметр цепной передачи. Вал, прочность, уточненный расчет Долговечность. Грузоподьёмность Муфты, компенсирующие Резьбы, сварные соединения, шпонки, шлицы Соосность.Центрирование.Серый чугун. 11 12 12