1.4 Основи попередньо проектних та перевірочних розрахунків деталей машин

До найголовніших умов ефективної роботи технічних засобів (ТЗ) належать працездатність і надійність їх деталей. При експлуатації ТЗ порушення цих умов (відмови) відбувається внаслідок руйнування (втрати міцності) та зношування (зміни геометричних форм і розмірів) деталей. Тому загальну надійність при конструюванні деталей та вузлів ТЗ характеризують рядом розрахункових критеріальних показників, до головних з яких належать міцність, жорсткість, зносостійкість, вібростійкість та ін. 1-3.

У методичному плані розробка конструкції деталей виконується у такій послідовності:

1. Проводяться відповідні попередньо проектні розрахунки.

2. Виконується конструювання деталі.

3. Проводяться перевірочні розрахунки на відповідність умовам працездатності і надійності.

Головною метою попередньо проектних розрахунків є визначення початкових (граничних) основних розмірів деталей з певних матеріалів за умов забезпечення загальних вимог з точки зору міцності та зношування (триботехнічних вимог). Початкові головні розміри деталей призначаються на основі контролювання найбільших значень відповідних критеріальних показників , які не повинні перевищувати встановлені з досвіду проектування та експлуатації допустимі значення для цих показників . Тобто контролюються умови . Наприклад, в якості критеріальних оцінок міцності більш часто розглядаються відповідні нормальні, дотичні та контактні напруження, тобто умови

, , . (1.16)

В якості узагальнених триботехнічних показників найчастіше розглядаються тепловий потік, температура, робота тертя. При оцінюванні вібростійкості – співвідношення частот власних і критичних частот деталі.

При проведенні попередньо проектних розрахунків використовуються, як правило, наближені розрахункові схеми деталей. Сучасні підходи до побудови наближених і уточнених розрахункових схем розглянуто в підручниках 1-3.

При визначених основних розмірах (наприклад, довжини вала, довжин окремих ділянок, їх діаметрів та ін.) виконується конструювання деталей (повна проробка їх конструкції).

Після розроблення конструкції деталей проводяться перевірочні розрахунки на міцність, жорсткість, нагрівання та ін., в яких працездатність і надійність відповідних уточнених конструкцій контролюється на основі співставлення фактичних коефіцієнтів запасу з їх допустимими значеннями за умови

. (1.17)

При проведенні таких розрахунків використовують вже уточнені за конструктивними особливостями і навантаженнями розрахункові схеми. Слід підкреслити взаємопов’язаність вибору (побудови) таких розрахункових схем з методами розрахунків напружень та коефіцієнтами запасу міцності. Наприклад, більш точна розрахункова схема, достатньо визначені механічні характеристики матеріалів ДМ і точні значення розрахункових напружень дозволяють отримати більш точні значення коефіцієнтів запасу і результати контролю умови . У кінцевому рахунку це дозволяє конструювати деталі за умов зниження матеріалоємності.

Для установлення значень використовується так званий нормативний метод, при якому коефіцієнти і допустимі напруження чітко регламентуються.

В окремих випадках допустимі коефіцієнти запасів міцності визначаються як добуток за формулою

, (1.18)

де - коефіцієнт, який враховує надійність матеріалу (однорідність механічних властивостей, наявність внутрішніх дефектів та ін.). На основі обробки результатів багаточисельних випробувань для ДМ, які виготовлені з поковок і прокату, , для литих ДМ – ;

- коефіцієнт урахування міри відповідальності деталі, призначається за умови роботи відповідних ДМ в межах ;

- коефіцієнт, який ураховує ступінь відповідності розрахункових схем фактичним умовам роботи ДМ. Приймається .

З аналізу наведених даних видно, що найбільші значення коефіцієнта запасу міцності деталей (добуток більших значень складових коефіцієнтів) сталевих ДМ . Якщо забезпечити при проектуванні ДМ більш точне урахування властивостей матеріалів, умов навантаження в експлуатації, розрахункове визначення діючих напружень, можна приймати коефіцієнти запасу .

Разом з тим при проектуванні деталей за наближеними розрахунковими схемами з використанням наближених методів розрахунку і механічних характеристик конструкційних матеріалів приймають . Наприклад, при проектуванні складних багатоелементних деталей (наближені характеристики якості матеріалів, особливостей їх виготовлення та збирання, неточність розрахункових методик діючих напружень та ін.) приймають і більше.