Износостойкость, виброустойчивость, термостойкость

Под работоспособностью понимается состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Основными критериями работоспособности являются: прочность, жесткость, устойчивость, износостойкость, коррозионно-механический износ, виброустойчивость, теплостойкость и надежность.

Прочность – это способность детали сопротивляться разрушению или появлению остаточных деформаций под действием нагрузки в течение гарантированного срока службы. Прочность детали определяется расчетом опасного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные или касательные напряжения.

Как отмечалось выше, различают объемную и контактную (поверхностную) прочность.

Объемная прочность характеризуется напряжениями растяжения, сжатия, изгиба или кручения, возникающими по всему сечению детали.

Контактная прочность связана с появлением контактных напряжений. Расчет на контактную прочность выполняется при проектировании зубчатых передач. Контактные напряжения возникают в месте соприкосновения двух деталей в тех случаях, когда размеры площади касания малы по сравнению с размерами детали. Касание может осуществляться в точке или по линии.

Выносливость характеризует работоспособность детали или изделия в условиях переменных напряжений.

При расчете на прочность деталей из хрупких материалов под воздействием постоянных напряжений в качестве предельного напряжения (σ _пред или τ _пред)принимается соответствующий предел прочности (σ _в – временное сопротивление):

σ _вр – при растяжении; σ _вс – при сжатии; σ _ви – при изгибе.

При расчете на прочность в условиях установившихся переменных напряжений в качестве предельного напряжения (σ _пред или τ _пред)принимается соответствующий предел выносливости σ _R. Индекс (R) характеризует коэффициент асимметричности цикла нагружения, о чем будет сказано ниже. Соответствующий индекс имеется у табличного значения предела выносливости.

Пределом выносливости (σ _R) называют наибольшее переменное напряжение, под воздействием которого не происходит разрушения образца после произвольно большого количества циклов нагружения.

Износостойкость – это способность поверхностей, сопряженных деталей противостоять истиранию. В результате износа нарушаются проектные размеры, появляются непредусмотренные зазоры, возникают дополнительные динамические нагрузки, уменьшается КПД, увеличивается расход энергии и т.д. Так, например, вес нового и изношенного трехтонного автомобиля различается на 1 кг.

Износ деталей снижается с увеличением твердости и повышением чистоты поверхности сопряженных поверхностей и в особенности при условии обеспечения жидкостного трения, то есть трения с разделением трущихся поверхностей слоем смазки.

Различают механический и молекулярно-механический износ.

К области механического износа относят:

– абразивный износ;

– хрупкое разрушение;

– усталостное изнашивание, характеризующееся повторным деформированием пластической зоны;

– пластическое деформирование, проявляющееся в холоднотекучести;

– абразивный износ, включающий резание и царапание;

– хрупкое разрушение – перенаклеп (сначала идет упрочнение, а затем повышенная хрупкость).

Молекулярно-механический износ проявляется в адгезионном изнашивании. Этот вид износа характерен для пар деталей, выполненных из разнородных материалов. Заклинивание происходит в результате сварки стального вала и подшипника скольжения, выполненного из антифрикционного сплава.

Последнее обстоятельство связано с повышением температуры в рабочей зоне, поэтому очень важно в механических системах не упускать уровень смазки или охлаждающей воды.

Коррозионно-механический износ проявляется в виде коррозии и окисления:

– коррозией называется окисление кислородом при температуре окружающей среды;

– при окислении происходит взаимодействие металла и кислорода в процессе нагрева.

О масштабах потерь металла, связанных с коррозией, может служить тот факт, что до 10 % добываемого в мире металла теряется в результате коррозионных процессов.

Расчет элементов конструкций на износ заключается либо в определении условий, обеспечивающих жидкостное трение для них, либо (при невозможности создания жидкостного трения) в обеспечении достаточной долговечности их путем назначения для трущихся поверхностей соответствующих

допускаемых напряжений.

Виброустойчивость – это способность деталей и конструкций работать в нужном диапазоне колебаний, исключающем возникновение автоколебаний и вибраций.

Вибрация ухудшает качество работы установок, создает шум и отдельных случаях может послужить причиной аварий. Возникающая вибрация приводит к усталости металла, поэтому для ее исключения необходимо, чтобы выполнялось одно из двух неравенств:

l_раб > < l_собст, (3.1)

где l_раб – частота колебаний устройства в рабочем режиме;

l_собст – собственная резонансная частота устройства.

Простейшие расчеты на виброустойчивость производят по формулам из курса сопротивления материалов.

Способы борьбы с вибрацией:

– найти и устранить причины возникновения вибрации;

– установка амортизаторов и гасителей вибрации.