![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные критерии работоспособности деталей и узлов машин.
Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативно – технической документации. Основными критериями работоспособности являются: - прочность; - жесткость; - износостойкость; - теплостойкость; - виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее назначения и условий работы.
Недостаточная жесткость деталей влияет на их взаимное расположение в механизмах, вызывает в подвижных сопряжениях повышенное трение, давление, температуру и др. Расчет конструкций на жесткость. Различают объемную жесткость (брус, пластина, оболочка) и контактную жесткость, т. е. жесткость, связанную с контактными деформациями поверхностных слоев в местах контакта деталей. Объемная жесткость оценивается коэффициентом жесткости: , где - сила; - вызванная силой деформация. Величина обратная жесткости называется податливостью: . Факторы, влияющие на жесткость: - модуль упругости (Е, G); - геометрические характеристики сечения детали (площадь, момент инерции и др.); - вид нагрузки и типы опор. Методы повышения жесткости: - устранение изгиба (т.к. металлы лучше работают (воспринимают) растяжение-сжатие); - применение материалов с высоким модулем упругости (); - рациональное расположение и изменение количества опор (что приводит к уменьшению прогиба и плеч изгибающих моментов; см. рис. 2.2.); - выбор рациональной формы поперечного сечения детали; - применение в конструкции ребер жесткости (что приводит к изменению геометрических характеристик сечения деталей);
- повышение качества поверхности (использование деталей с низкой шероховатостью). Расчеты на жесткость сводятся к проверкам: - удлинение; - прогиб; - угол поворота сечения при изгибе; - угол закручивания. Расчет ведется методами сопротивления материалов. Виброустойчивость – способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса (резонанс - совпадение или кратность частоты вынужденных колебаний и частоты собственных колебаний). Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, усиливают изнашивание, вызывают дополнительные переменные напряжения в деталях и усталостное разрушение. Расчеты на виброустойчивость сводятся к определению частот собственных колебаний механической системы и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний. Для снижения колебаний: - используют маховики и демпферы, рассеивающие энергию колебаний; - устранение действия внешних сил (например, дополнительных колебаний, вызванных эксплуатируемым в непосредственной близости оборудованием); - изменение жесткости упругой связи деталей; - уменьшение шероховатости; - применение упругих прокладок. Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы. Нагрев деталей в процессе работы машины приводит к: - снижению механических характеристик материала и к появлению пластических деформаций (при температуре свыше 300); - уменьшению зазоров в подвижных сопряжениях деталей, что приводит к схватыванию, заеданию, заклиниванию; - снижению вязкости масла (т. е ухудшаются смазочные свойства масляного слоя). Для обеспечения нормального теплового режима работы должен быть обеспечен тепловой баланс, т. е. сравнивают количество выделенной теплоты с количеством отведенной теплоты в единицу времени: ; определяют рабочую температуру и сравнивают с допускаемой: . Если условия не выполняются, то применяют: - искусственное охлаждение, - проектируют охлаждающие ребра, - увеличивают размеры корпуса; - заменяют пары скольжения парами качения; - применяют материалы с малым коэффициентом линейного расширения. Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию. Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности тела при трении, который приводит к постепенному изменению размеров и формы. До 90% деталей подвижных сопряжений машин выходят из строя из-за износа. Существуют различные виды изнашивания: - усталостное изнашивание. При контакте деталей в них возникают контактные напряжения. В результате циклического нагружения на трущейся поверхности 1 образуются усталостные микротрещины 2. Смазочный материал, попадая в микротрещины, способствует их расклиниванию 3 и выкрашиванию частиц 4 металла, в результате чего на поверхности детали появляются мелкие ямки (питтинг), см. рис. 2.3. Такой износ характерен для зубчатых и фрикционных передач, подшипников качения.
Рис. 2.3. Схема усталостного изнашивания поверхности. - абразивное изнашивание. Это разрушение поверхностных слоев материала трущихся пар твердыми абразивными частицами. Зерна абразива могут попадать на трущиеся поверхности извне, содержаться в материале трущихся пар или в продуктах износа. Методы борьбы: упрочнение поверхностей; - водородное изнашивание. При работе узлы трения нагреваются, идет выделение водорода, который оседает на поверхности материала и проникает вглубь детали, вызывая охрупчивание, множество микротрещин и образование мелкодисперсного порошка материала. Методы борьбы: использовать стали легированные хромом, титаном, ванадием; снижение температуры в зоне контакта; - молекулярно-механическое изнашивание. При больших давлениях происходит разрушение защитных масляных пленок на поверхностях сопряженных деталей. Отдельные участки поверхности могут вступить в молекулярный контакт. Происходит схватывание, а последующее перемещение поверхностей вызывает разрушение мест соединений (возникают задиры и борозды). Методы борьбы: повышение твердости за счет термообработки, использование специальных смазок, применение покрытий; - коррозионно-механическое изнашивание (фреттинг-коррозия). Разрушение поверхности происходит под действием двух одновременных процессов: коррозии и механического изнашивания. Возникает при очень малых относительных перемещениях (колебаниях) сопряженных поверхностей, при этом происходит разрушение оксидных пленок, образуются ямки и порошок. Продукты износа не удаляются из зоны контакта и превращаются в абразивные частицы. Методы борьбы: уменьшение относительных смещений, поверхностное упрочнение, гальванопокрытия, напыление. Износ вызывает: - потери точности; - снижение КПД; - увеличение шума; - увеличение вибрации; - увеличение зазоров. Меры борьбы с изнашиванием: - замена сухого трения жидкостным (хорошее смазывание); - увеличение твердости (например, закалка снижает износ в 2 раза) и чистоты обработки поверхностей; - подбор материалов трущихся пар (например, использование антифрикционных материалов). Прочность – это способность конструкции и ее элементов выдерживать внешние воздействия (нагрузки) без разрушения и появления недопустимых остаточных деформаций. Прочность является важнейшим критерием работоспособности. Ему должны удовлетворять все детали. Расчеты элементов конструкции на прочность будем осуществлять: 1). С помощью метода допускаемых напряжений. Т.е. определяют максимальные напряжения в опасном сечении и сравнивают их с допускаемыми, используя условие прочности: - при растяжении и сжатии; - при сдвиге; - при кручении; - при изгибе. Пример: Определить диаметр стального стержня при воздействии на него растягивающей силы кН, МПа. Решение: 1. Воспользуемся формулой для определения действительных напряжений: ; 2. Определим площадь поперечного сечения: ; 3. Используя данные формулы определим диаметр стержня: мм. 2). С помощью определения коэффициента запаса прочности. Т.е. прочность деталей машин оценивают сравнением действительного коэффициента запаса прочности s рассчитываемой детали с допускаемым коэффициентом запаса прочности: . Коэффициент запаса прочности, показывает во сколько раз допускаемое напряжение больше опасного (для пластичных материалов, для хрупких). Для выбора допускаемых коэффициентов запаса прочности в машиностроении пользуются двумя методами: табличным и дифференциальным. Дифференциальный метод использует формулы, которые учитывают различные факторы, влияющие на прочность рассчитываемой детали: , где - коэффициент, учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений; - коэффициент, учитывающий однородность материала детали; - коэффициент, учитывающий специфические требования безопасности рассчитываемой детали. При точных методах расчета рекомендуется принимать и при расчетах средней точности - 1, 2...1, 6. Коэффициент для стальных деталей из поковок и проката равен 1, 2... 1, 5; для деталей из стального литья - 1, 5...1, 8; для чугунных деталей - 1, 5...2, 5. Коэффициент; большие значения - для дорогостоящих деталей и повышенной надежности. Методы повышения прочности: - механическое упрочнение (обкатка роликами, обдувка дробью и др.); - закалка ТВЧ; - химическое упрочнение (цементация, азотирование, цианирование); - термо-механическое упрочнение.
|