Критерии работоспособности и расчета деталей машин

Билет 3.

Машина – устройство, преобразующее энергию, любая машина состоит из деталей.

Деталь – часть машины, изготавливаемая без сборочных операций.

Узел – детали, собранные в одно целое.

Механизм – сборочная единица, предназначенная для преобразования движения.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции.

Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость, коррозионная стойкость, надежность.

Прочность – способность детали выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или возникновения пластических деформаций. Нагрузка бывает – статическая, усталостная, ударная => разный расчет критериев. Т.к. нагрузка различна, при переменной нагрузке учитывается вид нагружения путем введения эмпирических коэффициентов.

Способы повышения прочности: 1) избежать изгибных напряжений, стараться, чтоб деталь работала на растяжение, либо на сжатие 2) выбор рациональной формы изделия 3) избежание концентраторов напряжений 4) создание в детали начального напряжения обратного знака.

Жесткость — способность деталей, сборочных единиц со­противляться изменению формы под действием нагрузок. Жесткость вызвана собственными упругими деформациями деталей, приближенно вычисляемыми по формулам сопротив­ления материалов и контактными деформациями (перемеще­ниями), определяемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке по формулам Герца, а при начальном кон­такте по площади — с помощью экспериментальных зависи­мостей. Методы повышения жесткости: 1) введение дополнительных конструктивных элементов 2) оптимальная форма сечения образца 3) применение материалов с высокими модулями упругости.

Износостойкость — способность материала рабочих по­верхностей деталей сопротивляться изнашиванию. Она опре­деляется видом трения (скольжения или качения), наличием смазочного материала, режимом трения (жидкостным, полу­жидкостным, граничным и сухим), уровнем защиты от загряз­нений, материалом и твердостью трущихся поверхностей. Из­носостойкость — важный критерий работоспособности, так как около 90% деталей, имеющих подвижные сопряжения, выходят из строя именно из-за износа.

Виброустойчивость — способность машины сопротивлять­ся появлению вредных вынужденных колебаний и автоколе­баний, т. е. колебаний, вызываемых ими самими. Колебания вызывают дополнительные деформации деталей, снижая их циклическую прочность.

Теплостойкость — способность машины работать при по­вышенных температурах — особо актуальна в машинах с боль­шим тепловыделением в рабочем процессе (тепловые и элект­рические машины, машины для горячей обработки металлов). Теплостойкость ограничивает работоспособность машин, по­скольку снижаются несущая способность масляного слоя в трущихся парах и точность деталей из-за температурных де­формаций. Так, температурные деформации лопаток турбин могут вызвать выборку зазоров и аварию машины.

Коррозионная стойкость — сопротивление металлов хи­мическому или электрохимическому разрушению поверхност­ных слоев и коррозионной усталости. Средства борьбы — спе­циальное легирование или покрытия.

Надежность – способность сохранять свои эксплуатационные свойства в течение заданного срока службы. Срок службы определяет продолжительность эксплуатации от начала до разрушения. Ресурс – количество циклов работы в часах или циклах нагружения за время срока службы.

Виды нагружения (или виды деформации стержня).

В сопромате различают несколько простейших видов нагружения и несколько сложных. К простейшим относятся следующие.

Растяжение (сжатие) возникает в случае, когда стержень нагружен силами, совпадающими по направлению с его осью (рис. 1.19).

Рис. 1.19

В этом случае из шести внутренних силовых факторов пять равны нулю и только продольная сила N # 0 (рис.1.16).

На растяжение, сжатие работают многие элементы конструкций: стержни ферм, колонны, штоки паровых машин и поршневых насосов, стяжные винты и другие детали.

Сдвиг или срез возникает, когда внешние силы смещают два параллельных сечения одно относительно другого, при неизменном (рис.1 20) расстоянии между ними.

Рис 1.20

На сдвиг или срез работают, например, заклепки или болты, скрепляющие элементы, которые силы пытаются сдвинуть.

Кручение возникает при действии на стержень внешних сил, образующих моменты относительно продопьной оси стержня. Из шести внутренних сил только Мкр # 0. На кручение работают вапы. шпиндели токарных и сверлипьных станков и др. детали (рис.1.21)

Рис. 1.21

Изгиб - это такой вид нагружения, когда внешние силы вызывают моменты относительно оси симметрии (или главной оси), расположенной в плоскости поперечного сечения. Этот момент называется изгибающим. Самый простой случай - это плоский изгиб, когда все внешние силы лежат в одной плоскости, совпадающей во всех рассматриваемых нами случаях с ппоскостью симметрии (ипи главной ппоскостью) балки.