Критерии работоспособности деталей машин.

1. Прочность – способность детали, обеспечить работоспособность конструкций в течение заданного срока службы без разрушений. Прочность бывает статическая и при переменных нагрузках (выносливость или усталость).

2. Жёсткость – способность конструкции сопротивляться деформациям.

3. Износостойкость – способность конструкций сопротивляться износу (изменению форм и размеров в результате трения).

4. Теплостойкость – способность обеспечить работоспособность конструкции в условиях повышенных температур.

5. Вибростойкость – способность детали или конструкции работать в условиях вибраций и колебаний.

6. Надёжность – способность безотказной работы конструкции.

 

Статическая прочность.

Виды нагружения, разрушения и условия прочности различных конструкций.

Виды нагружения:

 

1. Растяжение-сжатие (разрыв):

- сварные, резьбовые соединения, цепные, ременные передачи.

 

2. Изгиб (излом):

- ременные, зубчатые, планетарные, червячные передачи, валы, оси, муфты.

Круглое сечение:

 

 

Прямоугольное сечение:

 

3. Кручение (срез):

- валы и шлицевые соединения.

Круглое сечение:

 

4. Срез (возникший в результате нагружения поперечными силами Q):

- сварные, заклёпочные, шпоночные соединения (зависит от марки материала и работы констр.).

 

5. Смятие (подвергаются конструкции из-за силы, действующей перпендикулярно плоскости смятия):

- шпоночные, шлицевые соединения.

 

6. Контактное нагружение (контакт выкрашивания происходит в случае сдавливания криволинейных поверхностей):

Формула Герца (напряжения при контактном нагружении):

q – удельная нагрузка, приходящаяся на единицу длины контактирующих линии;

ρ_пр – приведённый радиус кривизны контактирующих поверхностей;

Е₁, Е₂ – модули упругости контактирующих деталей (Е=2·10⁵ МПа);

μ₁, μ₂ – коэффициент Пуассона (μ=0,3 – сталь).

 

Прочность при переменных нагрузках (выносливость).

Кривая Веллера (для каждого материала) – кривая выносливости:

 

	σ

 

 

N

Nб

NR

σlim

N

 

	σR

 

 

σ_lim – предел выносливости материала

Предел выносливости материала – максимальное напряжение, которое выдерживает деталь при достаточно большом числе циклов не разрушаясь.

N_б – базовое число циклов;

N_R – текущее число циклов;

σ_R – соответствующее ему напряжение;

m – показатель степени функции.

k_HL – коэффициент долговечности.

Если k_HL<1, его принимают равным 1 из условия экономичности.

σ_lim, N_б – выписываются из справочного материала.

Виды нагрузок, примеры различных циклов нагружения.

 

1. Асимметричный цикл.

	σ

σa

σmax

σmin

N

(амплитудное напряжение)

(среднее напряжение)

σm

(коэффициент асимметрии цикла)

 

2. Симметричный цикл.

σ

N

σmax

σmin

σa

 

 

 

 

 

Пример: норм напряжение изгиба вращающегося вала.

 

3. Пульсационный (отнулевой) цикл.

	σ

N

σmax

σa

 

Пример: касательное напряжение кручения.

 

Расчет на прочность.

Расчет на прочность обычно производится по условию прочности, задаваясь определённым коэффициентом запаса прочности, который равен отношению действующего (амплитудного) напряжения к пределу выносливости материала.

 

 

Износостойкость.

Кривая износа

I – интенсивность износа,

I

t – время.

 

 

Виды износа:

- механический (абразив частицы);

- молекулярно-механический (проникновение материала одной детали в др.);

t

- коррозионно-механический.

 

Жесткость.

Некоторые детали рассчитаны на жесткость.

у – прогиб, θ – угол закручивания

у и θ определяются или из уравнения линии балки, или графическим методом (интеграл Мора или метод Верещагина).

[y], например для вала, определяется условиями работы подшипников.

 

Теплостойкость.

Счит. не многие машины и устройства, а только те, которые работают в условиях повышенной температуры (подшипники, червячные передачи).

Для увеличения теплостойкости:

- тепловые и гидродинамические расчеты;

- теплоотвод (вентиляторы, охлаждающие жидкости).