Тема: Выбор материалов для деталей машин. Основные понятия о надёжности машин и их деталей. Стандартизация и взаимозаменяемость.
Выбор материалов является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом. Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы:
1) соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, жесткость. Износостойкость и др.);
2) весовые и габаритные требования к детали и машине в целом;
3) другие требования, связанные с назначением детали и условиями ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т.д.);
4) соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намечаемому способу обработки детали (штампуемость, свариваемость, литейные свойства, обрабатываемость на станках и т.д.);
5) стоимость и дефицитность материала.
Для изготовления деталей машин применяют различные материалы.
Черные металлы, подразделяемые на чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется, прежде всего, их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Основными недостатками черных металлов являются большой удельный вес и слабая коррозионная стойкость.
Цветные металлы – медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие применяют главным образом в качестве составных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюралюминия и т.д.). Эти металлы значительно дороже черных и используются для выполнения особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозионности и др.
Неметаллические материалы – дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика и пластмассы – находят в машиностроении широкое применение.
Пластмассы являются материалами, широко применяющимися в современном машиностроении. Общим для всех пластмасс является способность формоваться вследствие пластических деформаций при сравнительно невысоких температурах и давлениях. Это позволяет получать из пластмасс изделия почти любой сложной формы высокопроизводительными методами: литьем под давлением, штамповкой, вытяжкой, выдуванием и т.д. Вторым преимуществом пластмасс, которое следует подчеркнуть, является сочетание легкости и высокой прочности, характеризуемое отношением sВ/g и называемое удельной прочностью. По этому показателю некоторые виды пластмасс могут успешно конкурировать с лучшими сортами стали и дюралюминия. Высокая удельная прочность позволяет широко использовать пластмассы в конструкциях, вес, которых имеет особо важное значение (авиация, автомобилестроение и т.д.). Отрицательным, пока еще не устраненным, свойством пластмасс является склонность их к так называемому старению. Старение сопровождается постепенным изменением механических характеристик и даже размеров деталей в процессе эксплуатации.
Надежность и ее характеристики
В процессе работы детали и машины подвергаются не только расчётным нагрузкам, которые конструктор ожидает и учитывает, но и попадают во внештатные ситуации, которые очень трудно предусмотреть, как, например, удары, вибрация, загрязнение, экстремальные природные условия и т.п. При этом возникает отказ – утрата работоспособности вследствие разрушения деталей или нарушения их правильного взаимодействия. Отказы бывают полные и частичные; внезапные (поломки) и постепенные (износ, коррозия); опасные для жизни; тяжёлые и лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуатации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, усталости и старения материалов.
Надежность – свойство объекта выполнять свои функции в течение заданного времени (или заданной наработки) свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Роль надежности непрерывно возрастает, что связано с повышением сложности, напряженности и быстроходности машин, расширением объектов совместной автоматизации (от простого механизма до автоматизированного цеха).
Безотказность – свойство сохранять работоспособность в течении заданной наработки без вынужденных перерывов. Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы P(t) в течение заданного времени или заданной наработки. Экспериментально этот показатель может быть оценен как отношение числа образцов, сохранивших работоспособность, к общему числу испытанных образцов, если последнее достаточно велико.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.
Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость – свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели до установленного срока хранения и транспортирования.
Надежность деталей машин сильно зависит от того, насколько близок режим работы деталей по напряжениям, скоростям и температурам к предельным значениям, т.е. от запасов по основным критериям работоспособности. Надежность в значительной степени определяется качеством изготовления, которое может изменить ресурс в несколько раз.
|
Стандартизацией– называется установление обязательных норм, которые должны соответствовать определенным видам продукции или отдельным параметрам. Назначение стандартизации – максимальное упрощение и удешевление производства путем использования наиболее целесообразных видов изделий, их исполнения конструктивных форм, размеров, технических и качественных характеристик. Для обеспечения единых норм и технических требований к продукции установлены государственные общесоюзные стандарты – ГОСТы.
В машиностроении, например, стандартизированы:
- обозначения общетехнических величин, правила оформления чертежей: ряды чисел, распространяемые на линейные размеры;
- точность и качество поверхностей деталей;
- материалы, их химический состав, основные механические свойства и термообработки;
- форма и размер деталей узлов наиболее массового применения (болтов, винтов, шпилек, цепей, заклепок, ремней, муфт, подшипников, уголков, швеллеров и т.д.);
- конструктивные элементы большинства деталей: модули зубчатых и червячных колес, диаметры и ширина цилиндров, конструктивные формы и размеры шлицевых соединений и т.д.
Кроме общесоюзной стандартизации существует еще ведомственная стандартизация, которую называют нормализацией. Она проводится в пределах какой-либо одной отрасли производства или завода. Со стандартизацией тесно связана унификация деталей и узлов.
Унификацией называется устранение излишнего многообразия изготовляемых изделий, ассортимента материалов путем сокращения их номенклатуры, а также использования в разных (по размерам и назначению) машинах общих узлов и деталей.
Таким образом, узлы и детали, спроектированные для какой-либо машины, без изменений используются в других машинах. Широкое внедрение стандартизации обеспечивает возможность массового производства деталей на специализированных заводах, приводит к уменьшению трудоемкости и стоимости их изготовления. Важнейшей чертой современного машиностроения является взаимозаменяемость, без которой невозможно серийное и массовое производство машин.
Взаимозаменяемостью называется свойства деталей или узлов машин, обеспечивающие возможность их использования при сборке без дополнительной обработки (пригонки) при соблюдении технических требований, предъявляемых к работе данного узла, механизма, машины.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы определяют качество деталей машин?
2. Какие материалы используются для изготовления деталей машин?
3. Что следует понимать под надежностью машин и их деталей?
4. Какие материалы применяют для изготовления деталей машин?
5. Что такое стандартизация и взаимозаменяемость деталей?