Критерии работоспособности и расчета деталей машин Исполнитель

Критерии работоспособности и расчета деталей машин

{spoiler=Далее}

Критерии работоспособности и расчета деталей машин

      Такими критериями являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

      Прочность – способность выдерживать приложенные нагрузки без разрушения. Различают  разрушение детали от потери статической прочности и от потери сопротивления усталости.

      Условие статической прочности:

где: σ – напряжение в детали;

       σ _в – предел прочности материала детали.

      Если деталь при работе подвержена периодическим знакопеременным нагрузкам, то по истечении определенного времени она может разрушиться от потери сопротивления усталости. После определенного числа циклов напряжений на поверхности деталей, в концентраторах напряжений, возникают микротрещины. Напомним, что концентраторами напряжений детали являются те ее элементы, которые прерывают непрерывность ее поверхности и плавность ее формы, например, канавки и галтели на валах и осях, шпоночные пазы, отверстия и пр. Кроме того, микротрещины могут возникнуть и на плавных поверхностях детали в зоне контактных нагрузок (поверхности зубьев шестерен, рабочие поверхности колец подшипников качения и т.д.). Концентраторами напряжений в этом случае являются дефекты материала – раковины, или следы механической обработки поверхности –риски.

Условие сопротивления усталости:

 где σ _–1 – предел выносливости материала детали.

         Жесткость – способность сопротивляться образованию деформаций под действием нагрузок. Различают статическую жесткость и виброжесткость, то есть, способность сопротивляться деформациям при знакопеременных цикличных нагрузках.

         Износостойкость – способность сопротивляться износу. Износ – это процесс постепенного изменения размеров в результате трения. Трение – это неизбежный процесс, сопровождающий работу любой машины, не смотря на самые современные системы смазки. Процесс износа в течение срока службы детали можно представить графически так, как это показано на рис. 18.1, где δ – величина износа трущейся поверхности, t – время работы.

Рис. 18.1.

На этом рисунке t ₁ – время приработки: в новых деталях машины в процессе трения происходит процесс сглаживания микронеровностей. После этого начинается нормальная работа машины с нормальным износом трущихся поверхностей деталей. Это время (t ₂ на рис. 18.1) в правильно спроектированной машине может быть очень большим – тысячи и десятки тысяч часов. Общее время работы детали в машине не должно быть больше суммарного времени приработки и нормального износа (t₁ + t₂), после чего необходим восстановительный ремонт или замена детали. В противном случае наступает катастрофический износ детали, время которого t₃ невелико, а результатом которого может явиться потеря работоспособности и поломка детали и узла машины. Для увеличения срока службы принимают меры по защите трущихся поверхностей от грязи, пыли и попадания влаги, так как коррозия убыстряет процесс износа.

         Теплостойкость – способность детали  и узла работать в определенном температурном режиме. Перегрев может вызвать следующие отрицательные последствия.

         1. Снижение прочности и появление ползучести. Экспериментально установлены следующие температурные ограничения:

-         для конструкционной стали (300 ÷ 400)ºС;

-         для алюминиевых сплавов (150 ÷ 200) ºС;

-         для титановых сплавов (450 ÷ 550) ºС;

-         для жаропрочных сталей 1000ºС;

2. Повышение износа из-за нарушения работы масла. Консистенция масла уменьшается, наступает непосредственный контакт трущихся поверхностей, что приводит к задирам и потери работоспособности.

3. Увеличение или уменьшение зазоров в кинематических парах, что может привести к ударам или повышенному трению.

4. Возникновение температурных напряжений, которые могут превысить допустимые.

         Виброустойчивость – способность детали и узла работать в требуемом диапазоне угловых скоростей и угловых частот колебаний машины. Из теории механизмов и машин известно, что любая машина является источником виброактивности, то есть, работа любой машины сопровождается неизбежными вибрациями. Это учитывается при конструировании деталей и их соединений. Ярким примером здесь служат летательные аппараты, в которых для создания неразъемных соединений алюминиевых деталей корпусов и обшивки используются не сварные швы, а заклепочные соединения. Микротрещина, появившаяся в результате вибраций в сварном алюминиевом шве может быстро увеличиться и распространиться на весь шов. Заклепочные швы более надежны, так как микротрещина в одной заклепке может вызвать разрушение только этой заклепки, а не шва в целом.

{/spoilers}