1 ..С. 1.13. Пример технологической базы: Рис. 1.14. Пример измерительной базы:

I, 11, Ш - комплект технологических баз А - измерительная база

Измерительной базой детали называется база, используемая для определения от­носительного положения изделия и средств измерения. Например, измерение парал­лельности поверхности В относительно А (рис, 1.14). Измерительные базы связывают с контролируемыми поверхностями детали непосредственно размерами или определен­ными условиями.

2. Функциональное назначение изделий машиностроения

Каждая машина предназначена для выполнения определенных функций при за­данных условиях эксплуатации. Определение этих функций базируется на научном ана­лизе и маркетинге. При этом необходимо добиться:

1. конкурентоспособности и экологичности технологического процесса, для реали­зации которого предназначена проектируемая машина;

2. конкурентоспособности и перспективности продукции и услуг, для производства и реализации которых предназначается данная машина.

После этого вырабатываются требования к служебному назначению машины:

1. вид продукции или услуг, для которых предназначена машина;

2. производительность машины;

3. уровень автоматизации;

4. технологичность машины;

5. условия эксплуатации машины (температура, влажность, агрессивность среды и

т.д.);

6. безотказность и долговечность машины; „

7. удобство управления машиной, безопасность работы и обслуживания; .

8. дизайн машины.

Учитывая многообразие машин, для каждого их наименования эти требования уточняются и конкретизируются.

Сборочная единица, как правило, предназначается для передачи и увеличения силы, преобразования движения и осуществления других действий, необходимых для выпол­нения машиной своих функций. Исходл из этого, все сборочные единицы должны удов­летворять требованиям к своему служебному назначению, перечисленным для машины.

Свое функциональное назначение машина и сборочные единицы выполняют с по­мощью связей, действующих между исполнительными поверхностями отдельных дета­лей. Эти связи могут быть размерными, кинематическими, динамическими, гидравличе­скими, пневматическими, электрическими, магнитными, световыми, звуковыми и др. Проектирование машины и сборочных единиц начинают с выбора твкого сочетания свя­зей, которое позволяет им выполнять свое функциональное назначение с наивысшим КПД.

Наиболее широкими функциями обладают цилиндрические и резьбовые соедине­ния деталей машин. < ' ■

Цилиндрические соединения используют как для ориентированного перемещения (осевого и вращательного) одной из сопрягаемых деталей относительно другой, так и для передачи осевых нагрузок и крутящего момента, от одной сопрягаемой детали к другой.

Анализ показывает, что резьбовые соединения в наилучшей степени позволяют обеспечить сборку и разборку неподвижных соединений деталей и сборочных единиц машины, увеличение передаваемого усилия, а также точность линейного перемещения одной детали относительно другой.

Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняю­щих различные функции. Исполнительные поверхности бывают соприкасающимися и функциональными. Соприкасающиеся поверхности детали машины или сборочной еди­ницы контактируют с соответствующими поверхностями других детаяей. Функциональ­ные поверхности детали предназначены для выполнения определенных функций при эксплуатации машины.

На каждую деталь в машине или сборочной единице возлагают исполнение опреде­ленных функций, вытекающих из общего функционального назначения машины или сборочной единицы. Например: корпусные детали, станины, кронштейны и т.п., выпол­няя несущую роль, служат для крепления других деталей и сборочных единиц; валы служат для передачи крутящего момента и установки на них деталей, с помощью кото­рых передается крутящий момент; зубчатые колеса передают крутящий момент.

Безотказность и долговечность исполнения своих функций изделием машино­строения определяется рядом эксплуатационных свойств деталей и их соединений: статической и усталостной прочностью, поверхностной контактной статической и динамической прочностью, коррозионной стойкостью, контактной жесткостью, герметичностью, износостойкостью, прочностью посадок и др. Все эти эксплуатаци­онные свойства в значительной мере зависят от качества поверхностного слоя деталей, так как все разрушения (статические, усталостные, контактные, коррозионные и др.) начинаются с поверхности.

Под статической и усталостной прочностью деталей понимают их способ­ность сопротивляться разрушению при воздействии соответственно статической и ди­намической нагрузки,

Качество поверхностного слоя оказывает влияние на статическую и усталостную прочность детаяей через коэффициент концентрации напряжений, который рассчитыва­ется по формуле

’ ■ а₀ = 1 + -^-[2уЯтах(Ятах- 7fp)]^os, (1.1)

tmSm

где йп - относительная длина опорной линии профиля шероховатости на уровне средней линии, %; Sm - средний шаг неровностей профиля шероховатости, мм; у - коэффициент, учитывающий влияние поверхностных остаточных напряжений на прочность детали,

у = 0.2)

. ° «ест

(ст,[ - предел прочности материала детали; ст_мт - поверхностные остаточные напряже­ния; ст - напряжение от нагрузки); Яшах - максимальная высота профияя шероховато­

сти, мкм; Rp - высота сглаживания профиля шероховатости (расстояние от линии вы­ступа до средней линии), мкм.

Поверхностная контактная статическая и динамическая прочность опреде­ляется способностью поверхностного слоя детали сопротивляться разрушению при кон­такте с другой деталью под воздействием соответственно статических и динамических нагрузок.

При статической нагрузке начало поверхностных контактных разрушений опреде­ляется ее величиной, которая рассчитывается по формуле

' ' (1-3)

Упл

где т - масса контактирующей детали; v₀ - скорость приложения нагрузки; у_т - пласти­ческие контактные деформации детали, определяемые по формуле (1.8).

При действии статической (Я_ст) и динамической (Яд) нагрузок контактные разруше­ния определяются величиной накапливаемой контактной деформации, которая опреде­ляется по формуле

(1.4)

2л (я_ст + Я_д )Ra WzH шах [ /

У, =

ЛНц

где Ra - среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости; Wz - средняя вы­сота волн; Яшах - максимальное макроотклонение; Л - геометрическая площадь контак­та; Н^_а - поверхностная микротнердость; t - время действия сил; бщ ~ время испытания

на твердость по Бринеллю; т₁ - показатель роста деформаций при действии динамиче­ской нагрузки.

Под коррозионной стойкостью деталей понимают способность поверхностных слоев со прогнал ятьс я разрушению под дейстанем внешней среды. Скорость коррозии поверхностного слоя рассчитывается по формуле

"^Ч v_K = _Vl<J(l,l£/:₊4^-4,l^)f28-10^s^^^j , (1.5)

где v*o - скорость коррозий материала детали; [/„ - степень наклепа поверхностного слоя (£/„= 1,00 ... 1,75).

Контактная жесткость определяет способность слоев деталей, находящихся в контакте, сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать

(1.6)

где р - давление на площадь контакта, определяемое ее геометрическими размерами; >■„ - контактные перемещения.

Контактные перемещения составляют значительную часть в балансе упругих пере­мещений машин и сборочных единиц. Например, в суппортах токарных станков кон­тактные деформации составляют 80 - 90 % общих перемещений, в одностоечных коор­динатно-расточных и вертикаль но-фрезерных станках — до 70 %, в двухстоечных кару­сельных станках - до 40 % и т.д.

Контактная жесткость сказывается на точности работы приборов, на точности об­работки и сборки, т.е. на качестве машиностроительных изделий. Так, значение нор­мальных контактных сближений двух деталей при первом приложении нагрузки может быть рассчитано по формуле

(1.7)

У К *04 +>ТШ₂) + Оуп₁ + >’уп₂ )'

гдеушч и у^!_пп2 - пластические контактные деформации соответственно первой и второй контактирующих деталей при первом приложении нагрузки; и у_ув2 ~ упругие кон­тактные деформации соответственно первой и второй контактирующих деталей,

В общем случае при действии силы Р эти составляющие контактных деформаций можно рассчитать по формулам

(1-9)

у_уп=2к¹-^Н_нЗт^,. Е Ra

где р - коэффициент Пуассона; Е- модуль упругости материала.

При повторных нагрузках (без их увеличения) контактные перемещения определя­ются упругими деформациями >ул■

Контактные сближения деталей при скольжении можно рассчитать по формуле

(1.Ю)

где /- коэффициент трения скольжения.

Касательные контактные деформации рассчитывают по формуле

где Р_к - касательные нагрузки; /_р - коэффициент трения покоя,

Герметичность соединений определяет их способность удерживать утечку газа дли жидкости. С учетом геометрии и контактных деформаций сопрягаемых поверхно­стей величина утечки в общем случае может быть определена по формуле:

(1-12)

_л , ndApu [0,5(#max₁ + #maX2 + №z₁ + Wz₁)+Rp_l + Rp₂ -yv]³

У — к - I

ц/

где к - коэффициент формы контакта, в частности, для кольцевой - к = 0,0002; d и / -размеры соединения; Ар - перепад давления; и = 0,2 ... 0,22 - константа Кармана; ц' - динамический коэффициент вязкости газа или жидкости; ЯшаХ] и Н\пах₂ - макро- отклонения сопрягаемых поверхностей; Wz_l и №z₂ - средняя высота волн сопрягаемых поверхностей; Rp\ и Rp₂ - высота сглаживания профиля шероховатости сопрягаемых поверхностей; _у_к - контактные деформации сопрягаемых поверхностей, определяемые по формулам контактной жесткости.

При работе пар трения происходит изнашивание (разрушение) поверхностных сдо­ев, которое приводит к уменьшению размеров контактирующих деталей, т.е. их износу. Размерное изнашивание поверхностей трения характеризуется его интенсивностью, ко­торую рассчитывают по формулам:

1. в период приработки

h = ^1,2ДЯ _} [ ~~~~ 1 . 15я(2я№гНтах)э

2) в период нормального изнашивания

2я//у₀(1 -р²)

(1.13)

1 +

30(1 ~ ц² )(2nRaWzH тах)з ESm

1,2 яр*

(1.14)

h =■

riktm²Hvl

где и - число циклов воздействия, которое прияодит к разрушению материала; р - номинальное давление на поверхности трения; X - коэффициент, учитывающий алияние поверхностных остаточных напряжений иа изнашивание, . -ч .

(1.15)

-fcf¹

о, - действующее значение амплитудного напряжения в поверхностном слое; /_у - пара­метр фрикционной усталости материала детали.

Под прочностью посадок с натягом понимают их способность передавать крутя­щий момент (Д/^р) и осевые нагрузки (Р) без взаимного проскальзывания сопрягаемых деталей. Формулы для расчета прочности посадок с натягом с учетом качества сопря­гаемых поверхностей имеют следующий вид:

, _ я</у_о<.[А-0,5(//шах_[ + Яmax₂ + Wz_{ +Wz₁)-Rp_{ -Tfo?]

D^z + d^l

п * л¹ Г ^ 1 ³

^D ~^d ) , 1-Цг

(Ы7)

Г (

210^;

где d и / - диаметр и длина сопряжения; В - наружный диаметр сопрягаемой втулки; /кр - коэффициенты трения при кручении и осевом перемещении сопрягаемых по* верхностей, зависящие от материалов деталей и метода сборки.

Таким образом, выполнение функционального назначения изделиями машино­строения в значительной мере определяется их качеством.