Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции.

Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость, коррозионная стойкость, надежность.

Прочность – способность детали выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или возникновения пластических деформаций. Нагрузка бывает – статическая, усталостная, ударная => разный расчет критериев. Т.к. нагрузка различна, при переменной нагрузке учитывается вид нагружения путем введения эмпирических коэффициентов.

Жесткость — способность деталей, сборочных единиц со­противляться изменению формы под действием нагрузок.

Жесткость вызвана собственными упругими деформациями деталей, приближенно вычисляемыми по формулам сопротив­ления материалов и контактными деформациями (перемеще­ниями), определяемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке по формулам Герца, а при начальном кон­такте по площади — с помощью экспериментальных зависи­мостей. Методы повышения жесткости: 1) введение дополнительных конструктивных элементов 2) оптимальная форма сечения образца 3) применение материалов с высокими модулями упругости.

Износостойкость — способность материала рабочих по­верхностей деталей сопротивляться изнашиванию.

Она опре­деляется видом трения (скольжения или качения), наличием смазочного материала, режимом трения (жидкостным, полу­жидкостным, граничным и сухим), уровнем защиты от загряз­нений, материалом и твердостью трущихся поверхностей. Из­носостойкость — важный критерий работоспособности, так как около 90% деталей, имеющих подвижные сопряжения, выходят из строя именно из-за износа.

Виброустойчивость — способность машины сопротивлять­ся появлению вредных вынужденных колебаний и автоколе­баний, т. е. колебаний, вызываемых ими самими. Колебания вызывают дополнительные деформации деталей, снижая их циклическую прочность,

Теплостойкость — способность машины работать при по­вышенных температурах — особо актуальна в машинах с боль­шим тепловыделением в рабочем процессе (тепловые и элект­рические машины, машины для горячей обработки металлов). Теплостойкость ограничивает работоспособность машин, по­скольку снижаются несущая способность масляного слоя в трущихся парах и точность деталей из-за температурных де­формаций. Так, температурные деформации лопаток турбин могут вызвать выборку зазоров и аварию машины.

Коррозионная стойкость — сопротивление металлов хи­мическому или электрохимическому разрушению поверхност­ных слоев и коррозионной усталости. Средства борьбы — спе­циальное легирование или покрытия.

Надежность – способность сохранять свои эксплуатационные свойства в течение заданного срока службы. Срок службы определяет продолжительность эксплуатации от начала до разрушения. Ресурс – количество циклов работы в часах или циклах нагружения за время срока службы.

Работоспособность

деталей машин

Работоспособность состояние объекта, при котором он

способен выполнять заданные функции, сохраняя значения задан-

ных параметров в пределах, установленных технической докумен-

тацией. Основными критериями работоспособности деталей ма-

шин являются прочность, жест кость, износостойкость, виброус-

тойчивость и теплостойкость.

Прочность способность материала сопротивляться разрушению и появлению статических деформаций под действием внешних сил. Это главный показатель работоспособности для большинства деталей машин.

В процессе эксплуатации машины под действием нагрузок при не-

достаточной прочности деталей могут возникать остаточные дефор-

мации и разрушения отдельных частей машины. Наиболее распро-

страненный метод оценки прочности деталей машин — это сравне-

ние расчетных (рабочих) напряжений, возникающих под действием

нагрузок, с допускаемыми напряжениями.

Условие прочности рассчитываемой детали выражается неравен-

ством

σ≤ [σ]или τ≤ [τ],где σ, [σ] — соответственно рабочее и допускаемое нормальные на-пряжения; τ, [τ] — соответственно рабочее и допускаемое касательные напряжения (расчет этих напряжений рассмотрен в гл. 3).

Во многих случаях остаточные деформации недопустимы, так

как это может привести к нарушению взаимного сопряжения дета-

лей машины, потере эксплуатационных функций, разрушению.

Прочность деталей машин рассматривается в связи со сроком их

службы. Долговечность машин различного назначения неодинако-

ва. Например, срок службы авиационного двигателя значительно

меньше срока службы двигателей, применяемых в металлорежущих

станках.

Задача обеспечения прочности состоит в том, чтобы определить

размеры и формы деталей машин, исключающие возможность воз-

никновения недопустимо больших остаточных деформаций, преж-

девременных поломок и поверхностных разрушений.

Жесткость деталей — это их способность сопротивляться из-

менению формы и размеров под действием нагрузок. Различают

объемную и контактную жесткость деталей машин. При расчетах

на объемную жесткость определяют перемещения, обусловленные

деформациями всего материала детали, и сравнивают эти деформа-

ции с допустимыми. При расчетах на контактную жесткость рас-

сматривают перемещения, связанные только с деформациями по-

верхностных слоев.

Износостойкость свойство материала оказывать сопротив-

ление изнашиванию. Большинство деталей подвижных сопряжений

машин выходят из строя из-за износа. При износе деталей возмож-

но снижение их прочности вследствие уменьшения сечений, воз-

никновения шума (например, в зубчатых передачах металлорежу-

щих станков). Износ деталей значительно повышает стоимость экс-

плуатации машин в связи с необходимостью их периодической про-

верки и ремонта. В зубчатых передачах, подшипниках качения при

работе происходит усталостное изнашивание (выкрашивание).

Это характерно для хорошо смазанных контактирующих поверхно-

стей деталей машин, которые испытывают повторны

Теплостойкость

это способность деталей сохранять прочность в условиях высоких температур. В процессе эксплуатации машины в результате трения имеют место значительные потери мощности, сопровождаемые тепловыделением; кроме того, нагрев деталей может быть вызван притоком теплоты из внешней среды.

При длительном действии высокой температуры в дета

лях машин возникает ползучесть, т. е. непрерывное пластическое деформиро-вание при постоянной нагрузке. Увеличение температуры выше допустимых норм приводит к изменению зазоров в подшипниках

качения и скольжения, изменению свойств трущихся поверхностей,

уменьшению вязкости масла, что, в свою очередь, вызывает интен-

сивное изнашивание и даже заклинивание подвижных частей ма-

шины. Повышение теплостойкости деталей достигается примене-

нием специальных материалов, а также принудительным охлажде-

нием с помощью масла или воздуха