8. Преемственность при проектировании и конструировании.

Использование при создании конструкции нового изделия опыта создания и применения существующих изделий или опыта создания совместно с ним разрабатываемых изделий называют преемственностью конструкций изделия. Различают конструктивную и технологическую преемственности. Содержание и объем этих понятий также не установлены однозначно. В некоторых публикациях. Понятие "преемственность" практически эквивалентно понятию "унификация изделий" по ГОСТ 23945.0-80 [10]. Унификация является единственным методом обеспечения конструктивной преемственности в значении по ГОСТ 14.004-83 [11] {конструктивная преемственность изделия - совокупность свойств изделия, характеризуемых единством повторяемости в нем составных частей, относящихся к изделиям данной классификационной группы, и применяемости новых составных частей, обусловленных его функциональным назначением).

Целесообразнее более широкая трактовка этих понятий, например, в соответствии с определениями: преемственность конструкции изделия представляет собой совокупность свойств изделия, выражающих его технологичность с точки зрения единства изменяемости и повторяемости принятых в его конструкции инженерных решений; конструктивная преемственность - совокупность свойств изделия, характеризующих единство повторяемости в нем компонентов (конструктивных элементов и связей между ними), относящихся к множеству исполнений изделия, и применяемости новых компонентов, новизна которых обусловлена функциональным назначением изделия.

Признаком преемственности является единство повторяемости и применяемости инженерных решений, а не только составных частей (т.е. изделий), как в определении по ГОСТ 14.004-83. Конструктивная преемственность по этому определению может быть и в отсутствие унификации. Унификации по составным частям, а следовательно, и преемственности в значении по ГОСТ 14.004-83 между ними нет. Но между этими вилками существует единство по таким конструктивным решениям, как принцип работы и общая структура, а значит, можно говорить о конструктивной преемственности в значении по унификации. Унификация должна рассматриваться как один из основных (но не единственный) практических методов обеспечения преемственности. При конструировании изделий следует различать унификацию изделий по составным частям (по ГОСТ 23945.0-80) - приведение изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей и унификацию изделий по конструктивным решениям - приведение конструктивных решений изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей.

9. Критерии работоспособности деталей машин

Основные критерии работоспособности деталей машин:

• прочность

• жесткость

• износостойкость

• теплостойкость

• виброустойчивость

1. Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних заданных (назначенных) нагрузок.

Прочность:

• статическая прочность (сопротивления постоянному воздействию внешних сил)

• сопротивление усталости (сопротивления переменному воздействию внешних сил)

Статическая прочность детали определяется ее способностью сопротивляться разрушению от максимальных кратковременных нагрузок. Повысить статическую прочность детали можно увеличением размеров опасных сечений или использованием более прочных материалов и методов упрочняющей технологии.

Статические разрушения происходят из-за перегрузок, неучтенных при расчете, или дефектов материала детали не обнаруженных при изготовлении.

Оценка статической прочности производится в большинстве случаев путем сравнения расчетных внутренних напряжений, возникающих под действием внешних нагрузок, с допускаемыми. Статические разрушения происходят редко.

Около 80% поломок вызвано усталостными явлениями. При действии переменных напряжений в деталях могут возникнуть микроскопические трещины, развитие которых вызывает поломки - разрушение усталостного характера.

Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости - наибольшим напряжением, которое может выдержать материал без разрушения при заданном числе циклических воздействий.

2. Жесткость—способность деталей сопротивляться упругим деформациям, т. е. изменению их формы и размеров под действием нагрузок.

Жесткость наряду с прочностью является основным критерием расчета многих деталей (валов передач, станин станков и т. п.). Недостаточная жесткость (чрезмерная упругая деформация), например, вала может сказаться на правильности функционирования и прочности связанных с ним деталей зубчатых передач, подшипников, муфты и др. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, установленных опытом эксплуатации машин

3. Износостойкость - способность материалов или изделий сохранять форму и размеры в условиях повторяющегося механического взаимодействия, преимущ. трения с другими телами или веществами. Износостойкость зависит не только от свойств поверхности материала, но и от характеристик системы износа. Износ характеризуется длительностью работы до определенного заданного износа и оценивается при испытаниях на стенде или в эксплуатационных условиях.Износ уменьшает прочность деталей и изменяет характер их соединения (зазоры).

Меры борьбы с износом деталей машин:

• повышение износостойкости изнашивающихся поверхностей;

• увеличение толщины смазочного слоя;

• улучшение физико-химических свойств смазочного материала;

• установка надежных фильтров очистки смазки и уплотнений трущихся деталей.

4. Теплостойкость - способность тела выдерживать высокую температуру или значительную разность температур, не теряя своих качеств. Работа некоторых машин сопровождается тепловыделением, которое вызывается трением. Чрезмерный нагрев уменьшает прочность и жесткость деталей; снижает защитную способность масляного слоя, что повышает износ деталей или вызывает их заедание; изменяет зазоры в сопряженных деталях, что приводит к заклиниванию и поломке. Расчеты на теплостойкость основаны на составлении уравнений теплового баланса.

5. Виброустойчивость - способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний

Вибрации снижают качество работы машины, вызывают дополнительные переменные напряжения, которые приводят к усталостному разрушению деталей.

Вибрирование деталей ухудшает качество работы машины, порождает шум и может вызвать их разрушение. Простейшие расчеты деталей на виброустойчивость производят по формулам сопротивления материалов, а более сложные рассмотрены в специальной литературе.

В соответствии с перечисленными критериями работоспособности производят расчеты деталей машин, которые, основываясь на методах сопротивления материалов, часто имеют ряд особенностей.

10. Прочность как критерий работоспособности.

При создании любой конструкции преследуется главная цель: безусловное выполнение функционального назначения. Конструкции, создаваемые разными конструкторами (коллективами), для выполнения одной функции будут отличаться по своим основным характеристикам. Такими характеристиками являются: геометрические (объем, габаритные размеры), масса и материалоемкость, прочность материала. Эти характеристики взаимосвязаны: чем меньшие размеры деталей и конструкции в целом нужны, чем меньшая масса и меньший расход материала требуются – тем более прочный материал необходимо использовать.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению. Она оценивается: -с помощью допускаемых напряжений; -запасами прочности; -статистическми запасами прочности [1].

Условие прочности детали по допускаемому напряжению s_max £ [s],

где s_max – максимальное действующее напряжение,

[s] – допускаемое напряжение.

На практике для однотипных конструктивных элементов (деталей), устоявшейся технологии их изготовления, стабильных условий нагружения разработана система допускаемых напряжений, обобщающая предшествующий опыт эксплуатации машин, прибров и аппаратов различного назначения. Недостатки метода:

-величина допускаемого напряжения не отражает характера предполагаемого разрушения, режима нагружения и других факторов, влияющих на надежность;

-допускаемое напряжение, особенно при переменной нагрузке, зависит от геометрии детали, материала, технологии изготовления, что затрудняет его использование в качестве нормативной характеристики;

-величина [s] не дает представления о надежности детали в явном виде, так как в формуле не показано соотношение действующих и предельных напряжений для материала детали (предела текучести s_т, предала прочности s_в, предела выносливости s_-1 и др.).

В инженерных расчетах допускаемые напряжения используют в основном для предварительных расчетов, связанных с приближенным определением основных размеров деталей (расчеты на растяжение–сжатие; изгиб; кручение; сдвиг /срез/).

Широкое рапространение получил также расчет по запасам прочности. Условие прочности в этом случае n = s_пред / s_max,

где s_пред – предельное напряжение (предел прочности при постоянных нагрузках; предел выносливости при переменных нагрузках), полученное экспериментально или взятое из справочника;

s_max – максимальное напряжение в опасной точке детали, вычисленное при наибольшей рабочей нагрузке,

n. – коэффициент запаса прочности.

Величина s_пред отражает геометрию детали, технологию ее изготовления и условия нагружения, поэтому величина необходимого запаса прочности имеет стабильное значение.

Условия прочности по допускаемым напряжениям и запасам прочности связаны соотношением [s] = s_пред / n.

В описенных методах оценки прочности носят детерминировванный характер и не учитывают должным образом неизбежное рассеяние разрушающих и максимальных напряжений.

Статистические запасы прочности являются более боснованными характеристиками прочностной надежности, в особенности при возможности отказов конструкций с тяжелыми последствиями. Основаны на использовании кривых плотности распределения переменных напряжений в наиболее нагруженной точке детали или пределов выносл-ти, например, кривой Гаусса. Их используют как критерии сравнения надежности вновь создаваемых изделий с изделиями, удовлетворительно эксплуатируемыми.

Понятия масса и материалоемкость не равнозначны. Если изготовить две одинаковых детали – первую из стали, а вторую из легкого сплава, то масса у них будет разная, а материалоемкость одинаковая. Добиться оптимального соотношения этих характеристик можно выбором рациональных сечений, обеспечением равнопрочности, улучшением конструктивной схемы.

Вопрос №11

Виды инженерных расчетов

В настоящее время HS-инженер предлагает услуги по выполнению следующих видов инженерных расчетов:

• механические расчеты произвольных систем на прочность и устойчивость;

• расчеты механических систем подверженных вибрации;

• тепловые расчеты;

• расчеты электромагнитных полей;

• гидро-газодинамические расчеты;

• расчеты механических систем находящихся по воздействием тепловых или электромагнитных полей (например, расчет на прочность системы находящейся под воздействием лоренцовых сил возникающих в переменном магнитном поле).