34. Основные требования, предъявляемые к деталям машин на стадии проектирования.

Детали машин должны отвечать следующим требованиям:

I Работоспособность

II Надёжность

III Экономичность

Эти три параметра определяют совершенство конструкции детали.

I. Работоспособность - это способность детали выполнять заданные функции.

Обычно выделяют пять основных критериев работоспособности.

Критерии работоспособности:

а) Прочность – это способность детали воспринимать нагрузки не разрушаясь.

б) Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузки (не подвергаясь остаточной деформации).

в) Износостойкость – способность детали противостоять изменению геометрических размеров вследствие износа (истирания).

г) Теплостойкость – это способность детали сохранять работоспособность в заданных температурных режимах без снижения эксплуатационных характеристик.

д) Вибростойкость – способность детали выполнять заданные функции без недопустимых резонансных колебаний.

Теперь рассмотрим каждый критерий работоспособности подробно.

а) Прочность.

Наиболее распространенным методом оценки прочности деталей машин является сравнение расчетных напряжений ,  с допускаемыми [], [].

Различают два вида прочности:

• объемная прочность (рассматриваются внутренние деформации)

• контактная прочность (рассматриваются деформации поверхности).

Объемная прочность определяется следующими условиями:

- по напряжениям растяжения _р

;

- по напряжениям изгиба _и

;

- по напряжениям кручения _кр

,

где F, M_и , М_кр – сила, изгибающий и крутящий моменты;

А, W_z , W_р – площадь сечения, осевой и полярный моменты сопротивления.

Контактная (поверхностная) прочность.

;

;

Контактную прочность оценивают по контактным напряжениям _Н

где q_n, E_пр, R_пр – нормальная распределенная нагрузка, приведенные модуль упругости и радиусы кривизны поверхностей.

б) Жесткость.

В ряде случаев жесткость - основной критерий работоспособности детали.

В расчетах на жесткость сравнивают либо перемещения L, либо прогиб y, либо угол , обусловленные деформациями, с предельно допускаемыми значениями:

L  [L], y  [y],   [].

в) Износостойкость.

Многие детали выходят из строя вследствие износа, т.е. уменьшения размеров и изменения формы поверхности за счет трения.

кривая износа

I – приработка, II – установившийся износ III – катастрофический износ

В результате износа снижается КПД, точность сопряжения деталей, надежность и экономичность машин. Износ деталей значительно повышает стоимость эксплуатации машин в связи с необходимостью их периодического ремонта.

.

Вотдельных случаях стоимость ремонта в период эксплуатации может превышать стоимость изделия в несколько раз.

г) Теплостойкость.

Нагрев деталей свыше допускаемых пределов может вызвать недопустимые последствия для нормальной эксплуатации.

Вследствие нагрева возможно:

– появление остаточной деформации;

– понижение защищающих свойств масляных пленок;

– заклинивание сопрягаемых подвижных деталей.

При расчетах на теплостойкость сопоставляют расчетную Т_р температуру с допускаемой [T]:

.

д) Вибростойкость.

Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения, приводящие к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания, когда собственная частота f_С совпадает или близка к частоте f_В вынужденных колебаний. Поэтому расчет на вибростойкость ведут по условию несовпадения частот собственных и вынужденных колебаний:

f_С  f_В .

Если деталь удовлетворяет всем перечисленным критериям работоспособности, то далее необходимо проверить выполнение следующего требования, предъявляемого к ее конструкции - надежность.

II. Надежность - это способность конструкции выполнять заданные функции в течение заданного времени или заданной наработки, сохраняя эксплуатационные показатели в нормативных пределах.

Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетания:безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени.

,

где - вероятность безотказной работы всей системы;

- вероятность безотказной работы-го элемента.

Зависимость показывает, что с увеличением элементов вероятность безотказной работы системы снижается. Для повышения надежности системы используют несколько приемов.

Повышение надежности на стадии проектирования может достигаться:

• применением более коротких кинематических цепей (меньшего числа изделий);

• применением дублирующих (параллельных) систем, т.е. в цепь добавляется параллельная система, которая включится при отказе штатной системы.

III. Экономичность - комплекс мероприятий, направленных на создание работоспособных надежных конструкций при минимальных затратах.

Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

В настоящее время экономичность может достигаться за счет применения новых материалов и технологий.