1.3. Роботоздатність та її основні критерії

Роботоздатність - стан об'єкта (споруди, машини, деталі і т.ін.), при якому він здатний нормально виконувати задані функції з параметрами, установленими нормативно-технічною документацією (стандартами, технічними умовами і т. ін.. Основними критеріями роботоздатності деталей машин є міцність, жорсткість, стійкість проти спрацювання, вібростійкість, теплостійкість та ін.

Міцність – здатність деталі чинити опір руйнуванню - оцінюється за номінальними допустимими напругами, за коефіцієнтами запасу міцності та ймовірністю безвідмовної роботи (статичними запасами міцності). Міцність є головним критерієм роботоздатності переважної більшості деталей.

Жорсткість – здатність деталей чинити опір зміні форми та розмірів під навантаженням.

Розрахунки на стійкість проти спрацьовування передбачають забезпечення рідинного тертя, а це можливе лише при наявності товщини шару мастила, який більший суми мікронерівностей і відхилень форми контактних поверхонь.

Вібростійкість – здатність конструкцій працювати в потрібному діапазоні режимів без недопустимих коливань. Оскільки існує тенденція зростання швидкостей машин, то явища коливань стають все небезпечнішими, відтак розрахунки на вібростійкість все актуальнішими.

Теплостійкість – важливий критерій роботоздатності багатьох елементів машин, що полягає у здатності їх не втрачати своїх експлуатаційних показників при змінах температури, оскільки робота багатьох машин супроводжується виділенням теплоти, що пов'язане з робочим процесом в машині та тертям у рухомих спряженнях їхніх деталей. Надмірне тепловиділення знижує роботоздатність деталей машини і погіршує якість їх роботи.

1.4. Розрахунки при проектуванні та конструюванні

Проектуючи машину, конструктор опирається перш за все на розрахунки, які допомагають йому встановити технічну характе­ристику, кінематичні та силові параметри, розміри і форму деталей, запас міцності, довговічність, виходячи з умов експлуатації і величин зовнішніх навантаг. Оскільки конструкція цілком залежить від результатів розрахунків, то тут можна говорити про єдність процесів розрахунку і конструювання та взаємозалежність їх, проте провідними є розрахунки, бо вони вказують шляхи отримання найкращого технічного результату.

Проектуючи машину або її елементи, конструктор використовує такі види розрахунків:

– геометричні (розрахунок розмірних ланцюгів, координат, проміжків);

– кінематичні (розрахунок переміщень, швидкостей, прискорень, передатних чисел кінематичних ланцюгів та ін.);

– динамічні (розрахунок навантажень деталей і їхніх змін у часі);

– розрахунки на міцність та жорсткість (визначення напруг та деформацій елементів машини в робочих режимах);

– енергетичні (розрахунки затрат енергій, параметрів енергетичного балансу);

– техніко-економічні (розрахунки продуктивності, вартості, ефективності використання).

Той чи інший розрахунок виконується за такою схемою:

а) підбір вихідних даних для розрахунку;

б) складання розрахункової схеми;

в) визначення основних критеріїв роботоздатності об'єкта розрахунку;

г) безпосереднє виконання розрахунку;

ґ) формулювання висновків.

Розрахунки на міцність та жорсткість залежно від їх місця в усьому процесі проектування і конструювання поділяють на проектні та перевіркові.

Проектні розрахунки використовують для визначення вихідних розмірів деталей чи їхніх елементів, користуючись в переважній більшості випадків спрощеною методикою. Розміри, здобуті в проектному розрахунку, це основа для вибору форми деталі та її конструктивних елементів і подальшого зв'язку з іншими деталями у вузлі машини.

Перевіркові розрахунки є обов'язковими і найточнішими. Вони виконуються за необхідними критеріями роботоздатності на кінцевих етапах проектування і конструювання для всіх відповідальних деталей машин. Якщо форма і розміри деталі не відповідають критеріям міцності чи жорсткості, то змінюють її розміри або конструкцію і повторюють розрахунок. Для деталей високого ступеня відпові­дальності або деталей складної форми з точно не встановленим характером навантаження доцільно проводити експериментальну перевірку розрахунків. Це досягається проведенням випробувань дослідних зразків машин.