Баланс: 0.00
Авторизация
placeholder
Openstudy.uz saytidan fayllarni yuklab olishingiz uchun hisobingizdagi ballardan foydalanishingiz mumkin.

Ballarni quyidagi havolalar orqali stib olishingiz mumkin.

Введение конструкции деталей машин Исполнитель


Введение конструкции деталей машин.doc
  • Скачано: 18
  • Размер: 246.5 Kb

Заклепочные соединения.doc
  • Скачано: 18
  • Размер: 123 Kb
Matn

Введение конструкции деталей машин

План:

1.Основные требования, предъявляемые к  конструкции деталей машин

2.Основные категории работоспособности и расчета  деталей машин.

3.Выбор материалов для изготовления  деталей машин.

4.Замечания по вопросам расчета деталей машин.

5.Определение расчетных нагрузок.

6.Надежность машин.

 {spoiler=Подробнее}

Опорные слова:    работоспособность, расчеты, напряжения, износ,надежность, метеллы, пластмасса, нагрузка, конструция, ремонт.  

Совершенство конструкции детали оценивают по ее  надежности  и экономичности. При этом под надежностью понимают вероятность безотказного выполнения определенных функций в течение заданного срока службы без внеплановых ремонтов. Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин

Для того чтобы быть надежными, детали, прежде всего, должны быть работоспособными, т. е. находиться в таком состоянии, в котором они могут выполнять заданные функции в пределах технических требований (подробнее о надежности 9см).

Работоспособность деталей оценивают по прочности, износостойкости, жесткости, теплостойкости, вибрационной устойчивости. Значение того или иного критерия для данной детали определяют по условиям работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость.

При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают главным образом выбором соответствующего материала и расчетом размеров изделия по основным критериям работоспособности.

Прочность является главным  критерием работоспособности для большинства деталей. Непрочные детали не могут работать. Следует помнить, что поломки частей машины приводят не только к простоям, но и к несчастным случаям.

Различают статические и усталостные поломки деталей. Статические поломки происходят тогда, когда величина рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала sв. Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Усталостные поломки вызываются длительным действием переменных напряжений, величина которых превышает характеристики усталостной прочности

 материала (например,s-1).

Усталостная прочность деталей значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки, резьбы и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

Основы расчетов на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В курсе деталей машин общие законы расчетов на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов. В инженерных расчетах большое внимание уделяют выбору расчетных схем и величин допускае­мых напряжений (запасов прочности).

Неправильное назначение запаса прочности может привести к раз­рушению детали или к завышению веса конструкции и к перерасходу материала. В условиях больших масштабов производства машин перерасход материала приобретает весьма важное значение. Необос­нованное увеличение веса таких машин, как транспортные, сущест­венно понижает их эксплуатационные характеристики.

Факторы, влияющие на величину необходимого запаса прочности конкретной детали, весьма многочисленны и разнообразны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных на­грузок, влияние технологии изготовления детали, сборки узлов и т. д.

Если учесть, кроме того, все разнообразие условий работы совре­менных машин и деталей, а также методов их производства, то станут очевидными большие трудности в раздельной количественной оценке влияния перечисленных факторов на величину запасов прочности. Поэтому в каждой отрасли машиностроения, основываясь на своем опыте, вырабатывают свои нормы запасов прочности для конкретных деталей. Эти нормы в приложении к расчету деталей общего назначе­ния указаны в отдельных главах настоящего курса. Нормы запасов прочности не являются стабильными. Их периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники. Наличие норм не умаляет существенного значения квалификации конструктора при выборе величин коэффициентов запаса прочности.

Кроме обычных видов разрушения (поломок) деталей, в практике наблюдаются случаи разрушения их поверхности. Последние связаны с контактными напряжениями.

Теорию контактных напряжений, как правило, не изучают в курсе «Сопротивление материалов». Эти напряжения являются предметом курса «Теория упругости». Расчеты многих деталей машин, изучаемые в данном курсе, выполняют по контактным напряжениям.

Поэтому ниже излагаются краткие сведения о контактных напря­жениях и о разрушениях деталей, связанных с этими напряжениями. Кроме того, приводятся (без вывода) и объясняются те формулы, которые используются в дальнейшем как исходные для разработки методов расчета по контактным напряжениям.

Контактные напряжения возникают вместе соприкасания двух деталей в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами деталей (сжатие двух шаров, шара и плоскости, Двух цилиндров и т. п.) *.

Если величина контактных напряжений больше допускаемой, то на поверхности деталей появляются вмятины, борозды, трещины или мелкие раковины. Подобные повреждения наблюдаются, например, у фрикционных, зубчатых, червячных и цепных передач, а также в подшипниках качения.

При расчете величины контактных напряжений различают два характерных случая:

а) первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость и т. п.);


Рис. 1.1

б) первоначальный контакт по линии(два цилиндра с параллель­ными осями, цилиндр и плоскость и т. п.).

На рис. 1.1 изображен пример сжатия двух цилиндров с парал­лельными осями. До приложения удельной нагрузки цилиндры со­прикасались по линии. Под нагрузкой линейный контакт переходит в контакт по узкой площадке. При этом точки максимальных нормальных напряжений σн располагаются на продольной оси симметрии контактной площадки. Величину этих напряжений вычисляют по формуле

для тел из стали и других материалов с коэффициентом Пуассона   μ=0.3

                Здесь               

где  и — приведенные модуль упругости и радиус кривизны; Е1,  Е2,R1,R2 — модули упругости и радиусы цилиндров.

Формула  справедлива не только для круговых, но и для любых других цилиндров. Для последних R1 и R2 будут радиусами кривизны в точках контакта. При контакте цилиндра с плоскостью R2 = ОО. Знак минус в формуле (0.2) принимается в случае, когда поверхность одного из цилиндров вогнутая (внутренний контакт).

В зоне контакта материал подвергается трехосному сжатию *. При этом максимальные касательные напряжения  действуют в точ­ках, расположенных в плоскости уz на расстоянии 0,8а от поверх­ности контакта, где а — половина ширины площадки контакта,

Во многих случаях практики контакт деталей сопровождается скольжением, при котором поверхности контакта дополнительно на­гружаются касательными силами трения.

Исследованиями установлено, что силы трения увеличивают мак­симальные касательные напряжения  и приближают их к поверх­ности контакта. Так, например, при коэффициенте трения, равном около 0,2, получено

При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные точки их по­верхностей периодически нагружаются и разгружаются, а контакт­ные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому пульсационному циклу (рис. 0.2, г). Каждая точка нагружается только в период прохождения зоны контакта и свободна от напряжений в ос­тальное время оборота цилиндра.

Переменные контактные напряжения вызывают усталость поверх­ностных слоев деталей. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием мелких частиц металла. Если детали работают в масле, оно проникает в микротрещины (рис. 0.2, а). Попадая в зону контакта (рис. 0.2, б*) трещина закрывается, а заполняющее ее масло подвергается высокому давлению. Это давление способствует развитию трещины до тех пор, пока не произойдет выкрашивание частицы металла (рис. 0.2, а). Выкрашивания не наблюдается, если величина контактных напряжений не превышает допускаемой.

         Экспериментально установлено, что при качении со скольжением, например   (см. рис. 0.2, а), цилиндры 1 и 2 обладают раз­личной контактной выносливостью. Это объясняется следующим. Усталостные микротрещины при скольжении располагаются не радиально, а вытягиваются в направлении сил трения. При этом в зоне контакта масло выдавливается из трещин опережающего цилиндра 1 и запрессовывается в трещины отстающего цилиндра 2. Поэтому от­стающий цилиндр обладает меньшей контактной выносливостью.

Кривые выносливости материала по контактным напряжениям подобны кривым выносливости по напряжениям изгиба, растяжения — сжатия и другим (см. курс сопротивление материалов и рис. 10.36). Здесь так же, как и при других напряжениях, имеется базовое число циклов Nно и соответствующий ему предел выносливости

Рис. 10.2

По  определяются допускаемые напряжения при расчете на выносливость по контактным напряжениям.

Износ — процесс постепенного  уменьшения размеров деталей, в ре­зультате трения. При этом может изменяться и форма деталей.

Износ деталей не должен превышать некоторой допустимой для данной машины величины. Детали, изношенные больше нормы, бра­куют и заменяют при ремонте.

Интенсивность износа, а следовательно, и срок службы детали зависят от величины давления на поверхности соприкасания и ско­рости скольжения, а также от величины коэффициента трения и из­носостойкости материала.

Различают несколько видов изнашивания деталей: абразивный износ, износ при заедании, износ при коррозии и др. Основное значе­ние имеет абразивный износ, происходящий вследствие царапающего действия неровностей поверхностей или твердых посторонних частиц (пыль, грязь и т. п.).

Для повышения износостойкости деталей широко используют смазку трущихся поверхностей, применяют антифрикционные мате­риалы, специальные виды химико-термической обработки поверхно­стей и т. д.

При расчетах деталей, подверженных износу, уменьшают вели­чину допускаемых давлений. В некоторых случаях это уменьшение весьма значительно. Так, например, на поверхности резьбы ходового винта токарного станка по условиям износа допускают удельные давления не более 8 -10 кгс/см2, в то время как в условиях простого нагружения без скольжения резьба может выдерживать значительно большие давления, например до 2000 кгс/см2.

Следует отметить, что износ выводит из строя большое число деталей машин. Он значительно увеличивает стоимость эксплуатации, вызывая необходимость проведения периодических ремонтов и замены деталей.

Износостойкость деталей машин существенно понижается при наличии коррозии, которая нарушает химическую однородность мате­риала и увеличивает шероховатость поверхности детали. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих машин и конструкций.

         Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионно-устойчивых мате­риалов. При этом особое внимание уделяется деталям, работающим в присутствии воды, пара, кислот, щелочей и т. д.

Жесткость наряду с прочностью является одним из основных критериев расчета. Во многих случаях именно по условиям жесткости определяют размеры деталей.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих дефор­маций деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Такими условиями могут быть, например:

а)условия работы сопряженных деталей (правильность зацепления двух зубчатых колес нарушается при больших прогибах валов;
изогнутый вал может заклиниться в подшипнике и т. д.);

б)технологические условия (точность и производительность обработки на металлорежущих станках в значительной степени определяются жесткостью .станка и детали и т. д.).

Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов. Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с широким внедрением высокопрочных материалов, у кото­рых увеличиваются характеристики прочности (σв и σт), а модуль упру­гости. Е (характеристика жесткости) остается почти неизменным.

Теплостойкость — нагрев деталей машин может вызвать следую­щие вредные последствия:

1.понижение прочности материала и появление ползучести.
Ползучесть материала наблюдается главным образом в энергетических машинах с очень напряженным тепловым режимом (в газовых турбинах)*;

2.понижение защищающей способности масляных пленок, а следовательно, увеличение износа деталей;

3.изменение зазоров в сопряженных деталях (заклинивание,
задиры и пр.);

4.в некоторых случаях понижение точности работы машины.

В целях выявления влияния нагрева машины на ее работу про­изводят тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствую­щие конструктивные изменения (например, применяют охлаждение).

Виброустойчивость — вибрации вызывают дополнительные пере­менные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разру­шению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин. Например, вибрации в металлорежущих станках сни­жают точность обработки и ухудшают качество поверхности обрабаты­ваемых деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания.

В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение.

О выборе материалов для изготовления деталей машин

Выбор материала является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом.

При изложении этого вопроса в курсе «Детали машин» предпола­гают, что изучающим известны основные сведения о свойствах маши­ностроительных материалов и способах их производства из курсов материаловедения, технологии материалов, сопротивления материалов.

Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы:

1)соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, жесткость, износостойкость и др.);

2)весовые и габаритные требования к детали и машине в целом;

3)другие требования, связанные с назначением детали и условиями
ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т.д.);

4)соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намечаемому способу обработки детали (штампуемость,свариваемость, литейные свойства, обрабатываемость на станках и т. д.);

5) стоимость и дефицитность материала.

Рекомендации по выбору материалов рассматриваются в отдель­ных главах курса в конкретном приложении к различным деталям.

Для изготовления деталей машин применяют различные материалы.

Черные металлы, подразделяемые на чугуны и стали, имею!' наибольшее распространение. Это объясняется прежде всего их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысо­кой стоимостью.

Основными недостатками черных металлов являются большой удельный вес и слабая коррозионная стойкость.

Цветные металлы — медь, цинк, свинец, олово, алюми­ний и некоторые другие применяют главным образом в качестве состав­ных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюралюминия и т. д.). Эти металлы значительно дороже черных и используются для выпол­нения особых требований: легкости, анти фрикционности, анти коррозионности и др.

Не металлические материалы — дерево, резина, асбест, металлокерамика и пластмассы — находят в машино­строении широкое применение.

Пластмассы являются новыми материалами, применение которых в машиностроении все более расширяется. Современное раз­витие химии высокомолекулярных соединений позволяет получить материалы, которые обладают ценными свойствами: легкостью, проч­ностью, тепло- и электроизоляцией, стойкостью против действия ' агрессивных сред, фрикционностью или анти фрикционностью и т.д.

Общим для всех пластмасс является способность формоваться вследствие пластических деформаций при сравнительно невысоких температурах и давлениях. Это позволяет получать из пластмасс изделия почти любой сложной формы высокопроизводительными мето­дами: литьем под давлением, штамповкой, вытяжкой, выдуванием и т. д.

Вторым преимуществом пластмасс, которое следует подчеркнуть, является сочетание легкости и высокой прочности, характеризуемое отношением σв/ и называемое удельной прочностью. По этому пока­зателю некоторые виды пластмасс могут успешно конкурировать с лучшими сортами стали и дюралюминия (табл.).                               

Таблица

    Сравнение прочности металлов и пластмасс

Материал Удельный вес у, Н/м310-4 Предел прочности при растя­женииМПа      МПа Удельная прочность
Сталь лучших сортов   7,8 1280 160
Чугун лучших сортов   7,8 350 45
Дюралюминий      2,8 390 140
Фенотекстослой   1,4 150 110
Фенодревослой ...          1 4 350 250
Стеклотекстослой 1,8 540 300

Высокая удельная прочность позволяет широко использовать пластмассы в конструкциях, вес которых имеет особо важное значение (авиация, автомобилестроение и т. д.).

Основными потребителями пластмасс в настоящее время являются электрорадиотехническая и химическая промышленности. Здесь из пластмасс изготовляют корпуса, панели, колодки, изоляторы, баки, трубы и другие детали, подвергающиеся действию кислот, щелочей и т. п. В других отраслях машиностроения пластмассы применяют, главным образом, для производства сравнительно мало напряженных корпусных деталей, а также зубчатых колес, шкивов, вкладышей подшипников, фрикционных накладок, втулок, маховичков, рукояток и т. д.

Технико-экономическая эффективность применения пластмасс в ма­шиностроении определяется в основном значительным снижением веса машин и повышением их эксплуатационных качеств, а также эконо­мией цветных металлов и сталей. Замена металла пластмассами значительно снижает трудоемкость и себестоимость машиностроительной продукции. При замене черных металлов литьевыми пластмассами трудоемкость изготовления деталей уменьшается в среднем в 5—6 раз, а себестоимость — в 2—6 раз. При замене пластмассами цветных металлов себестоимость снижается в 4—10 раз.

Отрицательным, пока еще не устраненным, свойством пластмасс является склонность их к так называемому старению. Старение сопро­вождается постепенным изменением механических характеристик и даже размеров деталей в процессе эксплуатации. Этот недостаток все еще задерживает широкое распространение пластмасс в машино­строении.

В табл. 0.2 приведены механические характеристики наиболее распространенных материалов.

Замечания по вопросам расчета деталей машин

Большое значение в расчетах деталей машин имеют нормы, кото­рым придают характер закона или рекомендации. Эти нормы следует рассматривать как обобщение большого опыта, гарантирующего рабо­тоспособность и рациональность конструкции.

Условия работы деталей машин часто бывают столь разнообразными и сложными, что их не всегда удается проанализировать и облечь в форму точного расчета. Поэтому в деталях машин широко приме­няют расчеты по приближенным формулам, а в некоторых случаях и по эмпирическим зависимостям.

Большое значение для приближенных расчетов имеет правильный выбор расчетной схемы, умение оценить главные и отбросить второ­степенные факторы. Погрешности расчета по приближенным зависи­мостям компенсируют отмеченными выше нормами и рекомендациями. Так, например, неточность большинства расчетов на прочность принято компенсировать за счет допускаемых напряжений.

В курсе деталей машин встречаются две формы расчета — проект­ная и проверочная.

Проектный расчет — расчет, выполняемый при проекти­ровании детали (машины) в целях определения ее размеров, материала и пр.

Проверочный расчет — расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки или определения норм нагрузки, срока службы и пр.

При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений. Поэтому многими величинами задаются, при­нимая но внимание опыт и рекомендации.

В процессе проектирования расчет и конструирование органи­чески связаны. При этом многие размеры, необходимые для расчета, конструктор берет из чертежа, а проектный расчет часто приобретает форму проверочного для намечаемой конструкции.

Об определении расчетных нагрузок

При расчетах деталей машин различают расчетную и но­минальную нагрузку. Расчетную нагрузку, например крутящий момент Тр, определяют как произведение номинального момента Т на динамический коэффициент режима работы К:                                                      .

Номинальный момент соответствует паспортной (проектной) мощ­ности машины и определяется по формуле

     

где N, кВт и n, об/мин — мощность и частота вращения двигателя; т) и 'и — коэффициент полезного действия и передаточное отношение кинематической цепи от двигателя до рассматриваемой детали.

Коэффициент К  учитывает дополнительные динамические нагрузки, связанные в основном с неравномерностью движения, пуском и тормо­жением. Величина этого коэффициента зависит от типа двигателя, привода и рабочей машины.

Если режим работы машины, ее упругие характеристики и массы известны, значение К можно определить расчетом. В других случаях величину К выбирают, ориентируясь на рекомендации справочников (см. табл. 0.3). Эти рекомендации составляют на основе экспери­ментальных исследований и опыта эксплуатации различных машин **.

О надежности машин

Надежности изделий всегда уделялось большое внимание. Зна­чение надежности возросло по мере развития техники. В современный период быстрого технического прогресса проблема повышения надеж­ности превратилась в одну из важнейших проблем. В курсе деталей машин излагаются основные понятия и конкретные меры повышения надежности деталей и узлов общего назначения.

Надежность — это вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы в определенных условиях. Под заданным сроком службы понимается время до первого планового ремонта или между плановыми ремонтами.

Надежность можно определять для машины в целом или для от­дельных ее агрегатов, узлов и деталей. Расчет надежности базируется на статистических данных. Статистические данные собирают путем наблюдений за изделием в эксплуатации или путем проведения спе­циальных испытаний. Чем больше количество изделий, подвергавшихся испытаниям, тем точнее будет определена вероятность надежности.

Для оценки надежности могут быть выбраны различные показатели: число отказов в работе, средний срок службы в часах, число кило­метров пробега и т. п. Целесообразность выбора того или иного пока­зателя зависит от типа и назначения изделия. Если, например, из 1000 переключателей безотказно срабатывали 990, то надежность этих пере­ключателей выражается коэффициентом R = 990/1000 =0,99.

Если для некоторых типов автомобилей установлен пробег 100 000 км до первого капитального ремонта, а среднестатистический пробег оказался равным 95 000 км, то коэффициент надежности этих автомо­билей R =0,95.

Согласно теории вероятности коэффициент  надежности  сложного изделия выражают  произведением  коэффициентов надежности отдельных состовляющих  элементов.

Формулу (0.6) используют для расчета надежности при проекти­ровании машин. При этом величины Ri для отдельных деталей берут из каталогов (например, подшипники качения), определяют расчетом или специальными испытаниями.

Анализируя формулу (0.6), можно отметить следующее: 1. Надежность сложной системы всегда меньше надежности самого ненадежного элемента, поэтому важно не допускать в систему ни одного слабого элемента. Желательно, чтобы система состояла из равно надежных элементов.

2. Чем больше элементов имеет система , тем меньше ее надежность. Если, например, система включает 100 элементов с одинаковой надежностью  Ri= 0,99, то надежность системы R = 0,99100 = 0,37. Такая система, конечно, не может быть признана работоспособной, так как она будет больше простаивать, чем работать.

Это позволяет понять, почему проблема надежности стала особенно актуальной в современный период развития техники по пути создания сложных автоматических систем. Известно, что многие такие системы (автоматические линии, ракеты, самолеты, математические машины и др.) включают десятки и сотни тысяч элементов. Если в этих системах не обеспечивается достаточная надежность, они становятся не­целесообразными. Например, раньше на изготовление некоторой де­тали массового производства был занят парк станков в количестве 100 единиц. При автоматизации производства этот парк станков был заменен одной автоматической линией. До автоматизации выход из строя одного станка снижал производительность цеха только на 1%. После автоматизации при повреждении автоматической линии про­изводство детали полностью приостанавливается.

Для того чтобы автоматическая линия эффективно заменила преж­ний парк станков, она должна обладать более высокой надежностью, чем каждый станок в отдельности. Если учесть, что автоматическая линия несравненно сложнее станка, то будут понятны трудности вы­полнения этого условия.

Недостаточная надежность сложных систем приводит не только к снижению их производительности из-за большого количества ремонт­ных простоев, но и к большим ремонтным расходам. Во многих слу­чаях затраты на ремонтное обслуживание сложных машин в несколько раз превышают стоимость их изготовления. Например, на ремонтное

График надежности имеет три характерные зоны. Первая зона от 0 до  tn — период приработки. В начале этого периода ин­тенсивность отказов имеет сравнительно высокие значения, затем снижается. Для периода прира­ботки характерно проявление различного рода дефектов про­изводства. По мере устранения этих дефектов интенсивность от­казов понижается. Кроме того, вследствие приработочного из­носа все трущиеся детали авто­матически доводятся до наибо­лее рациональных форм — устраняется местная концентрация

нагрузки, устанавливаются нормальные зазоры и т. п. Из этого следует, что для повышения надежности целесообразно производить обкатку изделия до сдачи его в эксплуатацию.

Вторая зона от tn до ti — период нормальной эксп­луатации — характеризуется примерно постоянным значением интенсивности отказов. Причиной отказов здесь являются случайные перегрузки, а также скрытые дефекты производства, не проявившиеся в период приработки. К таким дефектам относятся, например, струк­турные дефекты материала, микротрещины и т. п.; вследствие этих дефектов снижаются усталостная прочность и износостойкость дета­лей. Очевидно, что устранить полностью все дефекты производства чрезвычайно трудно. Практически всегда остается некоторая веро­ятность появления этих дефектов. Величина такой вероятности зави­сит от культуры производства. Повышение надежности на участке нормальной эксплуатации зависит от многих факторов, которые рас­смотрены ниже.

Третья зона t>tи — период проявления физичес­кого износа — характеризуется резким повышением интен­сивности отказов. В этот период различные виды физического износа (абразивный износ, усталость материала и пр.) достигают таких зна­чений, которые приводят к разрушению деталей или к нарушению нормальной работы машины. Машина требует очередного ремонта: В процессе ремонта заменяют или восстанавливают все поврежденные и ненадежные детали. После ремонта наступает новый период — при­работки и нормальной эксплуатации. Из этого следует, что для повы­шения надежности машину целесообразно подвергать профилакти­ческому ремонту до начала третьего периода.

Возвратимся к периоду нормальной эксплуатации. Приближенно постоянное значение интенсивности отказов в этой зоне позволяет получить сравнительно простую зависимость надежности от времени эксплуатации изделия:

где е — основание натурального логарифма.

Надежность R уменьшается с увеличением времени эксплуатации

по экспоненциальному закону (рис. 0.4). Интересно отметить, что

         при t = 1/λ, всегда R = 1/е  0,37; при

t = 0,1/  R 0,9; при t = 0,01 /. R = 0,99 и т. д. Время эксплуатации при достаточно высокой надежности увеличивается с уменьшением ..

Рассмотрим далее основные пути повышения R- или  уменьшения

Основы надежности закладываются конструктором  при  проектировании

изделия. Плохо продуманные, неотработанные конструкции, как правило, не бывают надежными. Конструктор должен отразить в чертежах, технических условиях и другой технической документации все факторы, обеспечивающие надежность изделия.

Вторым, не менее важным, этапом, обеспечивающим надежность, является производство конструкции. От качества производства конструкции зависит практическое выполнение всех средств повышения надежности, заложенных в ней. Величина интенсивности случайных отказов на участке нормальной эксплуатации определяется, главным образом, качеством производства.

Из предыдущего ясно, что разумный подход к получению высокой надежности состоит в проектировании по возможности простых изделий с малым числом деталей. Каждой детали должна быть обеспечена достаточно высокая надежность.

Рассмотрим дополнительно некоторые вопросы, имеющие общее значение в смысле надежности.

1.Надежность изделий тесно связана с их долговечностью. Изделия, долговечность которых меньше заданного срока службы, не
могут быть надежными.

2.Одним из простейших и эффективных мероприятий по повышению надежности является уменьшение напряженности деталей (повышение запасов прочности). Однако это требование надежности вступает в противоречие с требованиями уменьшения габаритов и веса изделий. Для примирения этих противоречивых требований рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию: легированные стали, термическую и химико-термическую обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на поверхность деталей, поверхностное упрочнение путем дробеструйной обработки или обработки роликами и т. п.* Так, например, путем термической обработки можно увеличить нагрузочную способность зубчатых передач в 2—4 раза. Хромирование шеек коленчатого вала автомобильных двигателей увеличивает срок службы по износу в 3—5 и более раз. Дробеструйный наклеп зубчатых колес, рессор, пружин и пр. повышает срок службы по усталости материала в 2—3 раза.

3.Эффективной мерой повышения надежности является также хорошая система смазки: правильный выбор сорта масла, рациональная система подвода смазки к трущимся поверхностям, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли и грязи) путем размещения изделий в закрытых корпусах, установки эффективных уплотнений и т. п.

4.Статически определимые и самоустанавливающиеся системы
более надежны. В этих системах меньше проявляется вредное влияние
дефектов производства на распределение нагрузки.

5.Если условия эксплуатации таковы, что возможны случайные
перегрузки, в конструкции следует предусматривать предохрани-
тельные устройства (предохранительные муфты или реле максимального тока). Для уменьшения вредного влияния динамических нагрузок устанавливают упругие связи (упругие муфты).

6.В целях уменьшения отказов за счет дефектов производства все детали необходимо тщательно контролировать. Практика показывает, что специализация и автоматизация производства повышают качество и однородность изделий. Поэтому следует шире применять унифицированные детали массового производства. ГОСТы и нормали вырабатывают на основе глубоких исследований и большого опыта. Поэтому использованию стандартных элементов конструктор должен уделять большое внимание.

7.В некоторых изделиях, преимущественно в электронной аппаратуре, для повышения надежности применяют не последовательное, а параллельное соединение элементов и так называемое резервирование. При параллельном соединении элементов надежность системы значительно повышается, так как функцию отказавшего элемента принимает на себя ему параллельный или резервный элемент. Для параллельного соединения формула (0.6) несправедлива — см. [54].    

В машиностроении параллельное соединение элементов и резервирование применяют редко, так как в большинстве случаев они приводят к значительному повышению веса, габаритов и стоимости изделий. Одним из примеров оправданного применения параллельного соединения могут служить двух- и четырехмоторные самолеты. Четырехмоторный самолет не терпит аварии при отказе одного и даже двух моторов.

8. Для многих машин большое значение, в смысле надежности, имеет так называемая ремонтопригодность. Отношение времени про­стоя в ремонте к рабочему времени является одним из показателей надежностное этой точки зрения конструкция должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра или замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями.

В конструкции желательно выделять ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно сокращает ремонтный простой машины. При проектировании следует стремиться к равной долговечности всех деталей или к кратности их долговечности. Например, изделие имеет три группы деталей по долговечности:

I группа — срок службы 3000 ч

2-группа    ‘’ – ‘’       ‘’      6000 ч

3-группа   ‘’ _’’         ‘’      9000ч

Первый плановый ремонт предусматривает замену деталей I группы; при втором заменяют детали I и II групп; при третьем — I и III групп и т. д.

Перечисленные факторы, определяющие надежность, позволяют сказать, что надежность является основным показателем качества изделия. По надежности изделия можно судить как о качестве проектно-конструкторских работ, так и о качестве производства.

         Вывод: изучив данную тему, студенты ознокомились с основными требованиями, предьявляемыми к кострукции деталей машин, их основные критерии работоспособности и расчета.

 

         Контрольные вопросы:

1. По каким признакам оценивают совершенство конструкции детали?

2. Дайте определение понятию работоспособность?

3. Факторы, влияющие на    величину необходимого запаса прочности конкретной детали?

4. Износ- это..?

5. Какие факторы учитываются при выборе материала для изготовления

детали?

6. Что такое надежность?

{/spoilers}

Комментарии (0)
Комментировать
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Copyright © 2024 г. openstudy.uz - Все права защищены.