§ 3. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин

Работоспособность — состояние детали, при котором она способна выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативно-технической доку­ментации.

Основными критериями работоспособности деталей машин являются прочность, жёсткость, износостойкость, теплостой­кость, виброустойчивость. Кратко рассмотрим эти требо­вания.

0.6. Прочность является главным критерием работоспо­собности деталей. Методы расчетов на прочность изучают в курсе «Сопротивление материалов».

Прочность — свойство материалов детали в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, неравномерные температурные поля и др.).

В большинстве технических расчетов под нарушением прочности понимают не только разрушение, но и возник­новение пластических деформаций.

Наиболее распространенным методом оценки прочности де­талей машин является сравнение расчетных (рабочих) напря­жений, возникающих в деталях машин под действием нагрузок, с допускаемыми.

Условие прочности выражают неравенством

σ < [σ] или τ < [τ ], (0.1)

где σ, τ — расчетные нормальное и касательное напряжения в опасном сечении детали; [τ], [σ] — допускаемые напря­жения.

Кроме обычных видов разрушения деталей (поломок) наблюдаются также случаи, когда под действием нагрузок, прижимающих детали одну к другой, возникают местные напряжения и деформации. Наличие контактных напряжений может привести к разрушению деталей. Поэтому для многих деталей (а зависит это от конструкции, воспринимаемых нагрузок, условий работы и других факторов) проводится расчет по условию контактной прочности:

σ ≤ [σ] (0.2)

σ = 0,418 (0.3)

где σ — расчетное контактное напряжение (формула Герца¹); q - нагрузка на единицу длины контакта; Е_пр - приведенный модуль упругости; — приведенный радиус кривизны; [σ ] — допускаемое контактное напряжение.

Эта формула получена для двух круговых цилиндров бесконечно большой длины, материалы которых имеют коэффициент Пуассона = 0,3.

Что понимается под прочностью детали?

0.7. Жесткостью называют способность деталей сопро­тивляться изменению их формы под действием приложенных нагрузок. Наряду с прочностью это один из важнейших критериев работоспособности машин. Иногда размеры дета­лей (таких, как длинные оси, валы и т. п.) окончательно определяются расчетом на жесткость.

Запишите условие, обеспечивающее жесткость работаю­щей детали (вспомните из курса «Сопротивление мате­риалов»).

0.8. Износостойкость — сопротивление деталей машин и других трущихся изделий изнашиванию.

Изнашивание — процесс разрушения поверхностных слоев при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы, массы и состояния поверхности деталей.

Основы теории контактных напряжений и деформаций в объеме, предусмотренном программой курса «Техническая механика», изложены в учебнике по сопротивлению материалов.

ров, формы, массы и состояния поверхности деталей (износу). Износ — результат процесса изнашивания.

При расчетах деталей на износ либо определяют условия, обеспечивающие для них трение со смазочным материалом, либо назначают для трущихся поверхностей соответствую­щие допускаемые давления.

Изнашивание деталей можно уменьшить следующими конструктивными, технологическими и эксплуатационными мерами:

создать при проектировании деталей условия, гарантирую­щие трение со смазочным материалом;

выбрать соответствующие материалы для сопряженной пары;

соблюдать технологические требования при изготовлении деталей;

наносить на детали покрытия;

соблюдать режимы смазывания и защиты трущихся поверхностей от абразивных частиц.

Что такое износ? Укажите пути уменьшения изнашива­ния трущихся деталей.

0.9. Под теплостойкостью понимают способность деталей сохранять нормальную работоспособность в допустимых (заданных) пределах температурного режима, вызываемого рабочим процессом машин и трением в их механизмах. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, имеет место в тепловых двигателях, электрических машинах, литейных машинах и в машинах для горячей обработки материалов. Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия: понижение прочности материала и появление остаточных деформаций, так называемое явление ползучести (наблюдается в .машинах с очень напряженным тепловым режимом, например, в лопатках газовых турбин); понижение защищающей способности масляных пленок, а следовательно, увеличение износа трущихся деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях; в некоторых случаях понижение точности работы машины; для деталей, работающих в усло­виях многократного циклического изменения температуры, могут возникнуть и развиться микротрещины, приводящие в отдельных случаях к разрушению деталей.

Для обеспечения нормального теплового режима работы деталей и узлов машин в ряде случаев выполняют спе­циальные расчеты, например, тепловой расчет червячных редукторов.

Что произойдет с деталью, если в процессе работы ее температура будет выше предельно допустимой?

0.10. Под виброустойчивостью понимают способность де­талей и узлов работать в нужном режиме без недопустимых колебаний (вибраций). Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и могут привести к усталостному, разрушению деталей. Особенно опасными являются резонанс­ные колебания. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибрации возрастает, поэтому расчеты пара­метров вынужденных колебаний приобретают все большее значение.

Приведите пример ухудшения работы машин при вибрации.