Статистические запасы прочности являются более обоснованными характеристиками прочностной надежности, в особенности для отказов конструкций с тяжелыми последствиями.

Предел выносливости детали определяют экспериментально по некоторой базе испытаний (обычно 10⁷ циклов). Разброс характеристик сопротивления усталости деталей обусловлен нестабильностью механических свойств металла даже в пределах одной плавки, отклонениями в режиме термообработки, отклонениями размеров деталей в пределах допусков, микроскопическими источниками рассеяния, связанными с неоднородной структурой материала и др.
Статистические запасы прочности, как и обычные запасы прочности, имеют условное значение. Их используют как критерии сравнения надежности вновь создаваемых изделий с изделиями, удовлетворительно эксплуатируемыми.

В табл. 9.6 показаны простейшие модели формы деталей и расчетные соотношения для предварительного определения размеров деталей.

 

 

Таблица 9.6
Вид деформаций стержня	Зависимость для определения характеристик сечения	Область использования модели в расчетах
Растяжение		Резьбовые и сварные соединения, ремни и др.
Изгиб		Резьбовые и сварные соединения, зубья передач и др.
Кручение		Хвостовики валов, пружины, сварные соединения и др.
Сдвиг (срез)		Заклепочные, штифтовые, резьбовые и сварные соединения, цепи и др.
Изгиб и кручение		Валы и др.
где: А–площадь поперечного сечения стержня; Wи – момент сопротивления стержня при изгибе; Wр– момент сопротивления стержня при кручении

 

Износ деталей. Многие детали машин выходят из строя вследствие изнашивания — разрушения поверхностных слоев трущихся тел, приводящего к уменьшению их размеров в направлении, перпендикулярном поверхности трения. Такие отказы связаны с потерей мощности машин, снижением коэффициента полезного действия машин, снижением прочности деталей из-за появления динамических нагрузок и уменьшения сечений, увеличением шума и другими негативными последствиями.

Износ детали в результате трения протекает в три стадии. На первой стадии происходит приработка поверхностей контакта (разрушение наиболее «уязвимых» микронеровностей и образование «равновесной» шероховатости).

Вторая стадия–наступает период установившегося изнашивания, характеризующийся минимальной интенсивностью изнашивания для заданных условий трения.

Третья стадия — сильный износ и резкое уменьшение размеров сечения детали.

Виды изнашивания. Механизм разрушения поверхностного слоя различный из-за многообразия изменений, возникающих в контактном слое. Различают механическое (усталостное, абразивное), молекулярно-механическое, коррозионно-механическое (окислительное, фреттинг-коррозия и т. д.) изнашивание. По характеру промежуточной среды различают изнашивание при трении без смазочного материала, изнашивание при граничном трении, изнашивание при наличии абразива. По характеру деформирования поверхностного слоя изнашивание может происходить при упругом и пластическом контакте, при микрорезании.

1. Абразивное изнашивание — распространенный вид повреждения поверхности деталей транспортных, дорожных, сельскохозяйственных, горных и других машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы. Абразивное изнашивание является результатом срезания и пластического деформирования микронеровностей (шероховатостей) твердыми посторонними частицами при относительном перемещении сопряженных поверхностей. Эти частицы являются обычно минеральными и имеют неметаллические атомные связи, что и обуславливает сравнительную простоту физических процессов этого вида изнашивания. Отделение частиц при изнашивании происходит при однократном или многократном воздействии абразивного тела. В результате изнашивание идет в форме процесса микрорезания, либо в виде усталостного повреждения (малоциклового — при упругопластическом деформировании, собственно усталостного — при многоцикловом воздействии).
Для уменьшения абразивного изнашивания снижают уровень абразивного воздействия, повышают поверхностную твердость материалов деталей (закалкой, поверхностным пластическим деформированием, напылением порошков карбидов).
Для предотвращения чрезмерного абразивного (механического) изнашивания ограничивают удельную мощность, расходуемую на преодоление сопротивления в зоне контакта:

W= σ _кf V_cк ≤ [w],

где, f – коэффициент трения (сопротивления) между контактирующими деталями;
V_cк – скорость относительного скольжения;

[w] –допускаемая мощность трения, [ w] = 150 ÷ 250 Н•мм/(мм²•c) для шлицевых соединений и др.

2. Молекулярно-механическое изнашивание происходит при высоких контактных напряжениях в зоне сопряжения деталей из однородных материалов (зубчатых и гиперболоидных передач, резьбовых соединений и др.). Оно начинается с локального пластического деформирования и разрушения окисных пленок на отдельных участках поверхности контакта, а заканчивается молекулярным сцеплением (схватыванием) материала этих участков деталей и последующим разрушением зон схватывания при относительном движении.
Процесс развития повреждений трущихся поверхностей деталей вследствие схватывания называют заеданием. Интенсивность заедания увеличивается с ростом контактных напряжений (давлений), скорости относительного перемещения, температуры в зоне контакта и других факторов.

Для предупреждения схватывания на поверхности контактирующих деталей наносят защитные покрытия и окисные пленки, подают смазочный материал в зону контакта, повышают поверхностную прочность (твердость) деталей, ограничивают контактные напряжения и скорость относительного перемещения.

Расчеты на износ для предотвращения молекулярно-механического изнашивания ведут из условий:

σ _к ≤ [σ _к]; Θ _к ≤ [Θ _к] (5.3.2)

где, [σ _к] и [Θ _к] – допускаемые контактные напряжения и температура в зоне контакта.

3. Коррозионно-механическое изнашивание наблюдается в машинах и аппа-

ратах, в которых трущиеся детали вступают в химическое взаимодействие со средой. Поверхность трения деталей разрушается под действием двух одновременно протекающих процессов: коррозии и механического изнашивания.
При вибрациях в условиях контакта металла с воздухом коррозионно-механическое изнашивание протекает в форме фреттинг-коррозии (от английского fret – подтачивать). В результате небольших циклических относительных смещений деталей разрушаются тонкие окисленные поверхностные слои металла, которые не удаляются из зоны трения и превращаются в абразивные частицы (черный порошок). Процесс окисления непрерывен на воздухе, поэтому разрушение носит прогрессирующий характер. Фреттинг-коррозия способствует разрушению заклепочных, прессовых, резьбовых, шлицевых и шпоночных соединений.

Для защиты от фреттинг-коррозии используют различные методы поверхностного упрочнения зон контакта, наносят мягкие гальванические покрытия, напыляют тефлоновые и резиновые пленки и т. п.

В химически активных средах, в жидкостях и различных газах, где процессы коррозии протекают активно, коррозионно-механическое изнашивание деталей наносит существенный ущерб. Для предотвращения коррозионно-механического изнашивания применяют коррозионно-стойкие материалы.

Жесткость - способность деталей сопротивляться изменению формы, является одной из характеристик работоспособности деталей машин. Жесткость оценивают по величине силы, вызывающей единичное перемещение (линейное или угловое) некоторой точки или сечения детали.

Так, удлинение ∆ L при растяжении стержня силой Р с учетом модуля упругости Е и площади поперечного сечения F.

∆ L =PL_o /E F.

 

Жесткость стержня при растяжении, Н/мм

С= F/∆ L

Характеристику, обратную жесткости, называют податливостью (мм/Н)

λ = 1/С

т. е. податливость равна перемещению сечения стержня (детали) под действием силы в 1Н.

Жесткость существенно влияет на распределение напряжений в зонах соприкосновения деталей и в самих деталях и, как следствие, на их прочность и износостойкость.

На рис. 9.50, а показано распределение контактных напряжений между двумя роликами в продольном сечении, проходящем через их оси. При увеличении диаметра малого ролика и связанного с ним увеличения его изгибной жесткости возрастает длина площадки контакта и снижается максимальное напряжение (рис. 9.50, б). Это способствует повышению износостойкости и прочности деталей, но масса ролика при этом возрастает.

Однако влияние жесткости на распределение напряжений может быть и иным (рис. 9.51.). При уменьшении радиальной жесткости малого ролика (пустотелый ролик) за счет снижения его массы уменьшается максимальное контактное напряжение.

В приведенных примерах показаны возможные способы конструктивного улучшения условий контакта деталей за счет изменения жесткости.

Значимость вопросов жесткости деталей в проблеме их надежности возрас-

тает в связи с непрерывным сокращением металлоемкости машин и в особенности для тонкостенных конструкций.

Жесткость влияет и на другие характеристики деталей и узлов машин (например, на вибрационную активность).

Минимальная жесткость деталей ограничивается допускаемыми значениями перемещений и углов поворота сечений.

δ ≤ [δ ]; φ ≤ [φ ],

где [ δ ] и [φ ] – допускаемые значения перемещения и угла поворота сечения детали.

Эти соотношения используют как для проверки жесткости деталей, так и для определения их размеров.

Контрольные вопросы

1. Назовите стадии проектирования?

2. Что входит в состав графической части рабочего проекта?

3. Порядок построения кинематических схем?

4. Порядок построения гидравлических схем?

5. Дайте характеристику чертежа общего вида?

6. Дайте характеристику сборочного чертежа?

7. Дайте характеристику чертежа детали?

8. Какие материалы используются для изготовления деталей?

9. Дайте характеристику планировочных чертежей?

10 Что понимается под прочностью надежностью деталей машин?

Стандарты и качество

На многие изделия и детали, изготовляемые промышленностью в массовых количествах, в нашей стране существуют Государственные стандарты (ГОСТ). Это документы, предусматривающие для каждого стандартного изделия совершенно определенные размеры, форму, материал и многие другие характеристики. При этом может «тестироваться» не все изделие, а только его части. Например, форма электрической вилки может быть любой, но длина, толщина штырей и расстояние между ними должны быть выдержаны строго по Государственному стандарту. И тогда любая вилка подойдет к любой штепсельной розетке, любая электрическая лампочка - к любому патрону.

В машиностроении установлены государственные стандарты на профили металла, на его химический состав, на подшипники, электрические двигатели, муфты, канаты, трубы и многие другие изделия. Есть также стандарты на резьбовые соединения, зубчатые передачи, электрическое напряжение в сети и т. д. Конструктор не может, например, создать электрическую машину, рассчитанную на напряжение 100 В. Не может он и создать машину на 200 В. Такое напряжение в нашей стране не применяется. Поэтому конструктор, создавая новую машину, обязан сделать ее на стандартное напряжение - 110, 127, 220 или 380В.

Основные изделия, регламентированные Государственными стандартами, рассмотрим дальше.

 

Муфты приводов.

Муфтами приводов называют устройства, соединяющие валы совместно работающих агрегатов и передающие вращающий момент.

Основное назначение муфт – соединение валов и передача вращающего момента. Муфты могут выполнять еще ряд важных дополнительных функций.

Классификация муфт:

· постоянные (нерасцепляемые) муфты, обеспечивающие постоянное, в течение всего времени эксплуатации машины, соединение валов;

· муфты сцепления, обеспечивающие соединение (сцепление) агрегатов или их разъединение во время работы машины.

В свою очередь муфты сцепления подразделяют на управляемые и самоуправляемые (самодействующие).

Управляемые муфты соединяют (разъединяют) агрегаты машин по некото-

рой команде. Самоуправляемые муфты срабатывают автоматически, соединяя или разъединяя валы в зависимости от специфики работы машины и принципа действия муфты.

Основной характеристикой загруженности муфты является вращающий момент.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: