35)Основные критерии работоспособности и расчета детали машин :прочность,экономичность,габариты.

Под надежностью деталей и сборочных единиц понимают их свойство сохранять работоспособность в течение заданного срока эксплуатации.

В зависимости от назначения детали ее расчет ведут по одному или нескольким критериям. Например, валы рассчитывают на проч­ность, жесткость, виброустойчивость, а для резьбовых и сварных со­единений главным критерием является их прочность.

Прочность. Этот важнейший критерий работоспособности детали характеризует способность ее сопротивляться действию нагрузок (сил или моментов сил) без разрушения или пластических деформаций.

Различают поломки деталей при статическом нагружении и при повторно-переменном нагружении, когда рабочие напряжения дости­гают соответственно предела прочности сг_в (предела текучести сг_т ) и пределов выносливости материала o*_j , (r₀ , или т₀ (см. гл. 11).

При расчетах деталей, работающих в переменном режиме, разли­чают номинальную и расчетную нагрузку. В качестве номинальной нагрузки, например вращающего момента Т, выбирают максимальный или наиболее длительно действующий момент. Расчетный момент

Т_р = КТ,

где К — динамический коэффициент режима нагрузки, учитывающий неравномерность работы машины (К = 1...3).

Возможны два вида инженерных расчетов на прочность: проектный и проверочный.

При проектном расчете определяют геометрические размеры детали по заданным нагрузкам и допускаемым напряжениям [сг ] или [т ].

При проверочном расчете размеры детали заданы, а определяют действующие в деталях напряжения <г или т, которые не должны превышать допускаемых: <r s [<rj, т * [т ].

Часто при проверочном расчете определяют действительный коэф­фициент запаса прочности детали S, который должен быть не меньше допускаемого (нормативного) коэффициента запаса прочности [s], т. е. s — [s]

Завышение или занижение коэффициента запаса прочности приво­дит к созданию неэкономичной или недостаточно надежной конструк­ции.

Износостойкость. Большинство подвижно соединенных деталей и сборочных единиц (подшипники, муфты, шлицевые соединения и др.) выходят из строя в результате изнашивания.

Увеличение зазоров в соединении при изнашивании приводит к потере точности работы механизма, возрастанию динамических нагру­зок и даже к поломке деталей.

Износостойкость (сопротивление изнашиванию) детали зависит от многих факторов: физико-механических свойств материалов, давления,скорости скольжения тел, вида смазочного материала, шероховатости поверхностей, условий эксплуатации машин и др.

Изнашивание деталей может интенсифицироваться при коррозии трущихся поверхностей, в результате старения неметаллических ма­териалов (пластмасс, резины) или повышения температуры, в агрес­сивных средах (кислотах, щелочах).

При расчетах деталей на износостойкость ограничивают давление на их рабочих поверхностях. Например, для ходового винта токарного станка по условию его износостойкости допускается давление в резьбе 0,8...1,0 МПа, тогда как по условию прочности материал винта вы­держивает давление до 200 МПа.

Для снижения интенсивности изнашивания обеспечивают условия жидкостного трения в кинематических парах, очистку масел, уменьшение шероховатости трущихся поверхностей, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки и др.

Жесткость. Способность детали сопротивляться деформации под действием внешних нагрузок называется жесткостью.

Пружины, рессоры, торсионные валы (так называемые упругие эле­менты) в силу своего назначения обладают невысокой жесткостью. Для других деталей (корпусов редукторов, валов, зубчатых колес, станин станков) характерна высокая жесткость.

Упругие перемещения деталей (прогибы, углы поворота сечений) не должны превышать допустимых перемещений, устанавливаемых на основании опытов и расчетов. Например, при больших прогибах валов в редукторе резко ухудшается работа зубчатых колес и подшипников.

Следует отметить, что расчетом на прочность не всегда обеспечи­вается необходимая жесткость детали. Поэтому ответственные детали (червяки, ходовые винты, валы, некоторые корпусные детали) рассчи­тывают также и на жесткость.

Теплостойкость. При работе машин и механизмов обычно выделя­ется теплота. В результате тепловыделения при недостаточном охлаж­дении нарушается нормальный режим их работы, что может приводить к непредвиденным последствиям.

Понижение предела прочности и предела текучести сталей наблю­дается при температуре 300...400 ° С, а пластмасс и легких сплавов — при 100... 150 ° С. С повышением температуры ухудшаются свойства масел. Изменяются зазоры в соединениях деталей, что может вызвать их заклинивание или заедание. При нагреве уменьшается коэффициент трения, что отрицательно влияет на работу фрикционных муфт и тормозов.

Поэтому многие пары трения, работающие с большим тепловыде­лением (подшипники скольжения, червячные пары, муфты), рассчи­тывают на нагрев. При нарушении теплового баланса предусматривают специальные устройства для охлаждения тех или иных систем или

узлов машин (вентиляцию, оребрение поверхностей, водяное охлаж­дение, циркуляцию масла и др.).

Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способ­ность машин и их деталей противостоять вибрации, которая повышает динамичность нагрузки, снижает качество работы. Особенно опасны вибрации в современных быстроходных машинах, где частота собст­венных колебаний может совпадать с частотой вынужденных колеба­ний, что вызывает явление резонанса.

Расчет на виброустойчивость предполагает выбор конструкции такой жесткости, при которой исключается явление резонанса.

Надежность. Современные машины состоят из большого числа де­талей. Отказ (нарушение работоспособности) хотя бы одной из них приводит к нарушению работы всей машины (снижению производи­тельности, остановке, аварии и др.).

Основной показатель надежности машины — вероятность безотказ­ной работы до первого планового ремонта, т. е. ее способность сохранять работоспособность в течение заданного срока или наработки (в часах, километрах).

Факторы, определяющие надежность машин и деталей, содержат элементы случайности, которые связаны со свойствами материалов, качеством изготовления, условиями эксплуатации машин и др. Поэтому основной метод изучения надежности машин — статистический с при­менением теории вероятностей и математической статистики.

Вероятность безотказной работы Pit) изделия в течение времени t

P(t) = 1 -тN

где N(t) — количество изделий, отказавших в течение времени t ; N — число изделий, подвергнутых испытанию.

Например, если N = 500, a Nit) = 35, вероятность безотказной работы изделий Pit) = 1 — 35/500 = 0,93.

16.2. Стандартизация в машиностроении

Общие положения. Стандартизацией называется установление обя­зательных норм, параметров, технических и качественных характери­стик, которым должны отвечать изделия.

Большинство изделий, выпускаемых машиностроительными пред­приятиями, стандартизированы. Например, разработаны стандарты на крепежные детали, цепи, подшипники, редукторы, электродвигатели, приборы, машиностроительные материалы и др.

Стандартизация в машиностроении охватывает широкий круг воп­росов от подготовки производства до выпуска готовых изделий. Вне­дряются стандарты на расчеты деталей машин и сборочных единиц,

36)классификация деталей машин

16.1. Критерии работоспособности и основы расчета деталей машин

Общие сведения. Машины и механизмы состоят из отдельных де­талей и сборочных единиц (узлов).

Детали изготовляют без применения сборочных операций точением, фрезерованием, штамповкой и другими методами так, что они пред­ставляют единое целое (винты, фланцы, валы, шкивы, зубчатые колеса, литые корпуса редукторов и др.).

Сборочные единицы (узлы) изготавливают из деталей и с помощью сборочных операций свинчиванием, сваркой, запрессовыванием (муф­та, подшипник качения, цепь, сварной корпус редуктора, коробка перемены передач и др.). Менее сложные сборочные единицы могут входить в более сложные (в редукторе, например, имеется, несколько подшипников).

Ниже изложены основы теории, расчета и правила конструирования наиболее распространенных деталей машин и сборочных единиц, ко­торые используются почти во всех машинах и механизмах. Это детали и сборочные единицы общего назначения (крепежные детали, пружины, валы, шкивы, червяки, зубчатые колеса, муфты, ремни, подшипники и др.), а также широко распространенные соединения: сварные, за­клепочные, клиновые, шлицевые и др.

Некоторые детали и сборочные единицы находят применение только в отдельных видах машин: шатуны, поршни, цилиндры — в двигателях внутреннего сгорания; канаты, блоки, крюки — в грузоподъемных машинах. Такие изделия относят к деталям и сборочным единицам специального назначения, они рассматриваются в специальных курсах.

Детали и сборочные единицы общего назначения являются изде­лиями MaccqBoro производства. Поэтому даже незначительное усовер­шенствование их конструкции, повышение качества изготовления дают большой экономической эффект.

Требования к конструкции деталей. При проектировании машин исходят из ряда общих требований к ним: безопасность работы и удобство обслуживания; высокая производительность; экономичность и надежность (вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы без ремонта); технологичность; стандартизация и уни­фикация деталей; оптимальные габариты и минимальная масса; транс­портабельность; эстетичность.

Для обеспечения требований, предъявляемых к машинам, детали машин должны отвечать ряду критериев работоспособности, т. е. спо­собности нормально выполнять заданные функции. Такими критериями являются их прочность, износостойкость, жесткость, теплостойкость.

37)соединения деталей машин.разьемные и неразьемные соединения

25.1. Сварные соединения

Общие сведения. Соединения деталей в механизмах бывают по­движные и неподвижные. В машиностроении термин «соединение» относят обычно к неподвижным соединениям деталей, которые в свою очередь разделяются на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения допускают многократную сборку и разборку соединенных деталей. К таким соединениям относятся резьбовые, шпо­ночные, шлицевые, клеммовые, штифтовые, профильные.

Неразъемные соединения не допускают разборки деталей без их разрушения или повреждения. К этой группе относят соединения свар­ные, заклепочные, паяные, клеевые и с гарантированным натягом (прессовые).

Сварка — это процесс соединения деталей за счет сил молекулярного сцепления, происходящего при местном нагреве до расплавления или пластического состояния материала. В настоящее время освоены методы сварки деталей из любых конструкционных сталей, включая легиро­ванные, а также многих цветных металлов, сплавов и пластмасс. Свар­ные соединения являются наиболее совершенным и распространенным видом неразъемных соединений. Сваркой изготавливают станины, фер­мы, резервуары, трубы, корпуса судов, зубчатые колеса и др.

По сравнению с заклепочными сварные соединения проще и поэтому выполняются быстрее; сваркой можно соединять детали любой конфи­гурации и габаритов, процесс легко поддается автоматизации. В силу названных достоинств сварные соединения почти вытеснили заклепоч­ные соединения, за исключением особых случаев (в самолетостроении, мостостроении и др.).

Основные недостатки сварных соединений: наличие остаточных на­пряжений в зоне шва, вызывающих коробление конструкций (особенно тонкостенных) и образование трещин; возможность появления при несоблюдении технологии сварочных работ (неудовлетворительная под­готовка кромок, использование сырых электродов и др.) скрытых де-