Базовий конспект лекций Тема 1. Основные требования, предъявляемые к конструкции деталей машин
Совершенство конструкции детали оценивается по ее работоспособности и экономичности.
Под работоспособностью понимается выполнение определенных функций в течение заданного времени (срока службы) без поломок и внеплановых ремонтов.
Экономичность определяется стоимостью материалов, затратами на проектирование, изготовление и эксплуатацию.
Особое значение в оценке качества конструкции машины и деталей имеет ее надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в переделах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Основные вопросы темы
Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.
Влияние конструкции деталей на стоимость производства. Технологичность деталей машин.
Выбор допускаемых напряжений и коэффициентов безопасности в машиностроении. Определение расчетных нагрузок.
Выбор материалов для изготовления деталей машин.
Вопросы стандартизации деталей машин. Допуски и посадки.
Надежность деталей машин.
Основные положения темы:
Работоспособность деталей машин оценивается по критериям прочности, износостойкости, жесткости, теплостойкости, вибрационной устойчивости.
Прочность – основной критерий для оценки работоспособности большинства деталей. Обеспечивается соблюдением условий:
или
,
где
,
- соответственно рабочие нормальные и
касательные напряжения;
,
- соответственно допускаемые нормальные
и касательные напряжения.
Износостойкость – критерий работоспособности трущихся деталей машин. До 90% подвижных деталей сопряжений машин выходят из строя по причине износа. Виды изнашивания: усталостное, абразивное, адгезионно – механическое, эрозионное, коррозионно – механическое и др.
Жесткость – критерий работоспособности для валов, а также для деталей изменение формы, которых приводит к потере точности. Различают объемную и контактную жесткость деталей. Расчеты на объемную жесткость ограничивают перемещения обусловленные деформациями всего материала детали. При расчетах на контактную жесткость имеют ввиду только перемещения поверхностных слоев детали.
Теплостойкость - критерий работоспособности для деталей машин работающих при повышенных температурах. В стальных деталях при непродолжительном действии температур выше 300…400 о С и в изделиях из легких сплавов и пластмасс при температурах выше 100…150о С значительно снижаются механические свойства (предел прочности, предел текучести, предел выносливости и др.). при длительном воздействии высоких температур в деталях машин наблюдается ползучесть – непрерывная деформация при постоянной нагрузке.
Расчеты на теплостойкость деталей, находящихся в напряженном состоянии, заключаются в определении прочности по пониженным допускаемым напряжениям с учетом температуры нагрева.
Вибрационная устойчивость, т.е. способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний (достаточно далеких от области резонанса) – важный критерий работоспособности для быстроходных машин.
Обеспечение работоспособности деталей машин в значительной степени зависит от правильности и точности выбора допускаемых напряжений и коэффициентов безопасности. В машиностроении используют два метода: табличный и дифференциальный.
Табличный метод заключается в использовании специализированных таблиц, составленных для отдельных деталей и узлов машин НИИ, заводами и организациями, проектирующими машины.
Дифференциальный метод заключается в расчете допускаемых напряжений и коэффициентов безопасности с учетом различных факторов, влияющих на прочность детали машины.
Допускаемые напряжения и при статических нагрузках определяют по формулам:
;
,
где
и
соответственно предельные нормальное
и касательное напряжения, при которых
деталь выходит из строя вследствие
недопустимо большой остаточной деформации
или разрушения.
Допускаемый коэффициент безопасности определяется из выражения:
,
где
- соответственно коэффициенты, учитывающие
точность определения действующих на
деталь нагрузок и возникающих в ней
напряжений; однородность материала
детали; специфические требования
безопасности рассчитываемой детали.
Основные машиностроительные материалы: стали, чугуны, сплавы цветных металлов, пластмассы. Кроме того, для изготовления отдельных деталей используют дерево, резину, кожу, графит и др.
Технологичной называют такую конструкцию, которая изготавливается при минимальных затратах труда, времени и других средств, и полностью соответствует своему назначению.
Технологичность детали машины зависит от формы, материала и способа получения ее заготовки; требуемой точности изготовления, соответствия детали технологичности сборочной единицы или машины в целом.
Надежность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей.
Вопросы для самостоятельной проработки и повторения материала:
Критерии работоспособности и расчета деталей машин: прочность, износостойкость, жесткость, теплостойкость, вибрационная устойчивость. Для каких деталей машин, какой критерий является основным?
Факторы оказывающие влияние на конструкцию деталей машин. Методы повышения технологичности деталей машин. Пути снижения стоимости деталей.
Факторы, влияющие на выбор допускаемых напряжений и коэффициентов безопасности в машиностроении.
Основные принципы и факторы, влияющие на выбор материалов для изготовления деталей машин.
Стандартные детали и методы стандартизации при конструировании и расчете деталей машин.
Основные понятия надежности. Пути повышения надежности машин и их деталей.
Литература:
Иванов М.Н. Детали машин. 2-е изд., М.: Высш. Шк., 1986. с 7 -24.
Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб.для вузов.- 4-е изд., испр., М.: Высш. Шк., 1986. – с. 8 – 35.