Детали машин и их классификация. Критерии работоспособности и надежности деталей машин. Обеспечение надежности при проектировании машин.
Машины и механизмы состоят из отдельных деталей и сборочных единиц.
Детали изготавливают без применения сборочных операций точением, фрезированнием, штамповкой или др. методами, таким образом, что они представляют собой единое целое. (винты, валы, фланцы, шкив, зубчатые колеса, корпусные детали).
Сборочные единицы или узлы изготавливают из деталей с помощью сборочных операций свинчиванием, сваркой, пайкой, запрессовыванием (муфта, подшипники качения, цепь, редуктора, коробки передач) и др.
Менее сложные сборочные единицы могут входить в более сложные (подшипники в редукторах). Некоторые детали и сборочные единицы находят применение только в отдельных видах машин, (шатуны, поршни, цилиндры, ДВС, блоки, крюки в грузоподъемных машинах) такие изделия относят к деталям и сборочным единицам специального назначения, они рассматриваются в специальных курсах.
Детали и сборочные единицы котороые используются почти во всех машинах и механизмах являются деталями общего назачения (крепежные детали, болты, винты, гайки, валы, пружины, зубчатые колеса, ремни, подшипники).
Детали и сборочные единицы общего назначения являются изделиями производства незначительных усовершенствований их конструкций, повышает качество изготовления дают большой экономический эффект.
Детали машин делят на:
Корпусные детали
Валы
Зубчатые колеса
Детали типа рычагов, вилок, профильных стержней
Мелкие и крепежные детали
Критерии работоспособности и надежности деталей.
Работоспособностью называют состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации (стандартами, техническими условиями и т. п.). Основные критерии: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость, надежность и пр.
Прочность —
основной критерий работоспособности
деталей, ею гарантируется длительная
и надежная работа машины. Расчет деталей
машин на прочность производят по формулам
сопротивления материалов. В предварительных
и проектных расчетах наиболее
распространенным методом оценки
прочности деталей является сравнение
расчетных напряжений и с
допускаемыми [] и []:
Жесткость — способность деталей машин сопротивляться изменению формы под действием нагрузок. Во многих случаях окончательные размеры деталей принимают по условиям жесткости. Различают собственную жесткость детали, обусловленную деформациями всего материала детали, и контактную, которая связана с деформациями только поверхностных слоев в местах контакта.
Оценка жесткости производится сопоставлением расчетных деформаций (прогибов, углов поворота сечений, углов закручивания и пр.) с допускаемыми. Для большинства деталей (валов, штоков, грузовых и ходовых винтов, станин и т. д.) основное значение имеет собственная жесткость. В этом случае проверочный расчет жесткости конструкции выполняют по формулам сопротивления материалов. Расчет на контактную жесткость деталей машин с начальным контактом в точке (шариковые подшипники) или по линии (роликовые подшипники, зубчатые и фрикционные передачи) производят по формулам контактных напряжений и деформаций. Эти расчеты в деталях машин не рассматриваются.
Износостойкость — это способность материала оказывать сопротивление стиранию. В результате износа изменяются размеры деталей, увеличиваются зазоры, возникают дополнительные динамические нагрузки. Большой износ может привести даже к поломке детали. Износ деталей снижается с повышением твердости и понижением шероховатости трущихся поверхностей. Для повышения износостойкости деталей применяют смазку, термическую и химико-термическую обработку рабочих поверхностей, для изготовления деталей применяют антифрикционные материалы и т. п.
Теплостойкость. При нагреве стальных деталей до температуры 300—400° С, а деталей из цветных сплавов и пластмасс — до температуры 100—150° С значительно снижаются механические свойства их и возникает явление ползучести. При чрезмерном нагреве значительно ухудшаются свойства смазочных масел, увеличивается износ, изменяются зазоры, появляются дополнительные динамические нагрузки. Для определения влияния нагрева машины на ее работу выполняют тепловые расчеты.
Виброустойчивость — это способность конструкции работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колебаний. Вибрация чаще всего появляется в результате недостаточной жесткости деталей машин, неуравновешенности вращающихся масс, повышения рабочих скоростей и т. д. Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения, создает шум, ухудшает качество работы машины, а в случае резонанса может вызвать усталостные разрушения деталей и машины.
Особенности надежностей при проектировании ДМ.
Надежность (общая) — свойство изделий выполнять в течение заданного времени или заданной наработки свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделия обусловливается долговечностью, безотказностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью их. Надежность деталей машин в значительной степени зависит от запасов по основным критериям работоспособности и определяется качеством их изготовления.
Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до определенного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы в течение заданного времени или заданной наработки.
Утрату работоспособности называют отказом. Отказы по своей природе могут быть связаны с разрушением деталей или с нарушением технического ухода за машиной (засорение трубопроводов, ослабление соединений, нарушение регулировки и т. п.). Отказы бывают полные и частичные; внезапные и постепенные; опасные для жизни человека, тяжелые и легкие и пр.