Работоспособность ряда деталей машин (зубчатых колес, подшипников качения и др.) определяется контактной прочностью, т. е. прочностью их рабочих (контактирующих) поверхностей.
Разрушение этих поверхностей вызывается действием контактных напряжений σН, которые образуются в месте контакта криволинейных поверхностей двух прижатых друг к другу деталей.
При отсутствии внешней нагрузки начальный контакт криволинейных поверхностей происходит в точке (контакт двух шаров и др.) или по линии (контакт двух цилиндров и др.).
После приложения внешней нагрузки начальный контакт этих поверхностей переходит в контакт по малой площадке с высокими значениями контактных напряжений. Эти напряжения распределяются по эллиптическому закону. Наибольшее значение аН используется в качестве главного критерияработоспособности зубчатых, червячных и других передач, а также
подшипников качения.
В случае начального контакта по линии, характерного для работы пары зубчатых колес и др., наибольшее значение контактных напряжений σΗ определяется по формуле Герца, полученной для зоны касания двух цилиндров:
где
q=Fr/b — нормальная нагрузка на единицу
длины контактной линии; Fr — сила,
нормальная к площадке контакта; b —
рабочая длина контактной линии; рПР
— приведенный радиус кривизны,
р1
и р2 — радиусы кривизны в точках контакта
(знак минус берется для случая контакта
выпуклой поверхности радиуса p1 с
вогнутой поверхностью радиуса р2); рПР
— приведенный модуль упругости,
Е1
и Ε2 — модули упругости материалов
цилиндров; μ — коэффициент Пуассона.
3. Металлические машиностроительные материалы.
Машиностроительные материалы делятся на металлические и неметаллические.
К металлическим материалам относятся железоуглеродистые сплавы (стали и чугуны), цветные и антифрикционные сплавы, порошковые материалы.
Ценность металлических материалов обуславливается следующими технологическими свойствами:
1.Обрабатываемость резанием – способность металлов подвергаться обработке и принимать заданную форму.
2. Свариваемость – способность сплавов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла.
3. Ковкость – способность металлов и сплавов без разрушения изменять свою форму при обработке давлением.
4. Прокаливаемость – способность стали или других сплавов воспринимать закалку на определённую глубину (от поверхности).
5. Жидкотекучесть – способность расплавленного металла или сплава заполнить литейную форму.
6. Усадка при кристаллизации – уменьшение объёма или линейных размеров расплавленного металла или сплава при его охлаждении до комнатной температуры.
Металлы делят на чёрные и цветные. К чёрным относят железо и его сплавы – различные виды стали и чугуна. К цветным относят тяжёлые (медь, олово, цинк, никель, хром, кобальт) и лёгкие (алюминий, магний, титан, бериддий).
В технике и производстве применяются, как правило, не чистые металлы, а сплавы металла с металлом, металла с неметаллом, многокомпонентные. Физические, механические и другие свойства чистых металлов, доступных для технического использования, не могут удовлетворять требованиям. Они дороги, недостаточно прочны, неудобны в производстве.