3. Основные критерии работоспособности деталей машин

Детали машин должны быть работоспособными в течение заданного срока службы при необходимой минимальной их стоимости.

Работоспособность - это способность машины или детали выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией. Работоспособ­ность деталей определяется рядом критериев, один из которых обычно является определяющим для данной детали. Основными критериями принято считать: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, вибрационную устойчивость.

Поскольку прочность – главный критерий работоспособности любой детали, то рассмотрение всех аспектов прочности произведём после анализа вышеперечисленных основных критериев.

3.1. Жесткость

Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению фор­мы и размеров под действием внешних нагрузок. Для некоторых деталей жесткость является основным критерием при определении их размеров.

Например, размеры валов точных зубчатых передач определяют расчетом на изгибную жесткость, так как значительный их прогиб во время ра­боты передачи вызовет перекос зубьев колес, нарушит правильность зацепления, и в конечном итоге - поломку зубьев, выход из строя всей передачи.

3.2. Износостойкость

Износостойкость – это способность детали сопротивляться износу. По данным статистических исследований в общем машиностроении 80 – 90% машин выходит из строя по причине износа.

Ежегодные расходы на техническое обслуживание и восстановительные ремонты действующего парка некоторых типов машин превышают стоимость годового выпуска новых машин этих типов. Например [2, с.49]:

• самолетов - в 5 раз,

• автомобилей - в 6 раз,

• металлорежущих станков - в 8 раз,

• строительных и дорожных машин - в 15 раз.

Вопросами износостойкости деталей машин занимается наука триботехника (от греческого слова “tribos”- тереть). Это наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относите­льном смещении. Она охватывает весь комплекс вопросов трения, из­нашивания и смазки машин.

Различают 3 основных вида износа:

1. механический, вызываемый царапающим действием неровностей трущихся поверхностей деталей машин и посторонних твёрдых частиц, попадающих на трущиеся поверхности;

2. молекулярно-механический при заедании, т.е. при местном сваривании под действием высоких давлений и скоростей скольжения. В последующем заедание приводит к вырыванию одной деталью приварившихся к ней частиц с поверхности другой детали в процессе их относительного движения;

3. коррозийно-механический, при котором продукты коррозии истираются механическим путем.

Расчеты на износ обычно носят условный характер и сопутству­ют расчетам на прочность. Для количественного описания процесса изнашивания и его резу­льтата в триботехнике применяют следующие показатели:

• интенсивность изнашивания J_n - отношение оценки износа (единицы длины, объема или массы износа) к объему выполненной ра­боты или технической наработке (в км пробега автомобиля, га обработанной земли и т.д.);

• скорость изнашивания h / t ;

• предельный износ детали, узла [ h ].

На рис.3.1 показаны графики изменения во времени интенсивности износа J_h детали и толщины изношенного слоя её поверхности h. На рисунке обозначено три зоны, характеризующие этапы изнашивания любой детали:

I – приработочное изнашивание, т.е. повышенное изнашивание в начальный период работы, обусловленное перегрузками, вызванными погрешностями изготовления и монтажа, упругими деформациями, а также – выглаживанием шероховатостей;

Рис. 1. – Зависимость показателей процесса износа

контактирующих поверхностей от времени

II – установившееся изнашивание, т.е. рабочий режим, работа в за­данном режиме эксплуатации;

Ш – разрушение детали или нарушение условий нормальной рабо­ты из-за недопустимо большого износа рабочих поверхностей детали.