Работоспособность деталей оценивают по одному или нескольким критериям, выбор которых обусловлен условиями работы и характером возможного разрушения. Такими критериями являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.
Прочность. Важнейшим критерием работоспособности всех деталей является прочность, т. е. способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок. Методы расчетов на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В расчетах на прочность большое значение имеет правильное определение расчетных нагрузок и допускаемых напряжений.
Повысить прочность можно путем выбора рациональной формы поперечного сечения детали, устранением концентраторов напряжений, введением поверхностного упрочнения, обеспечением нагружения детали только напряжениями сжатия или растяжения (устранением напряжений изгиба).
Жесткость. Жесткостью называют способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Для некоторых деталей жесткость является основным критерием при определении их размеров. Например, жесткость валов определяет удовлетворительную работу подшипников, зубчатых, червячных передач. Нормы жесткости устанавливают на основе обобщения опыта эксплуатации машин. Рациональное расположение опор, применение рационального профиля (например, двутавр вместо сплошного круглого) повышают жесткость конструкции.
В уточненных расчетах прочности и жесткости деталей используют различные методы решения задач теории упругости.
Износостойкость. Износостойкостью называют свойство материала сопротивляться изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы.
Износостойкость зависит от физико-механических свойств материала, термообработки и шероховатости поверхностей, от величины давлений или контактных напряжений, скорости скольжения, смазки, режима работы и т. д. Износ (результат изнашивания) снижает прочность деталей, изменяет характер сопряжения, увеличивает зазоры п подвижных соединениях, вызывает шум. При современном уровне техники 85...90% машин выходят из строя в результате изнашивания.
Расчеты деталей на износостойкость ведут по допускаемым давлениям, установленным практикой (расчеты подшипников скольжения и др.). Применение в конструкциях уплотняющих устройств, защищающих детали от попадания абразивных частиц, повышение твердости и равномерное распределение давлений по поверхности контакта, разделение трущихся поверхностей смазочным материалом увеличивают их износостойкость.
Исследованиями контактного взаимодействия твердых тел при их относительном смещении занимается новая наука триботехника (см. ниже).
Теплостойкость. Теплостойкостью называют способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы. Перегрев деталей во время работы — явление вредное и опасное, так как при этом снижается их прочность, ухудшаются свойства смазочного материала, а уменьшение зазоров в подвижных соединениях приводит к заклиниванию и поломке. Для обеспечения нормального теплового режима работы выполняют тепловые расчеты (расчеты червячных и волновых передач, подшипников скольжения) и, если необходимо, вносят конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение, Виброустойчивость. Виброустойчивостью называют способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонансов. Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, вызывают дополнительные напряжения в деталях. Особенно опасны резонансные колебания. Расчеты на виброустойчивость выполняют для машины в целом. Они подробно рассматриваются в курсе «Теория колебаний».
